Ebook: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG VỚI VI ĐIỀU KHIỂN ARM CORTEX-M (trọn bộ)

Tải sách

Chúng ta có thể dễ dàng tìm thấy các hệ thống nhúng (tên tiếng Anh là Embedded System) ở khắp mọi nơi trong cuộc sống hàng ngày. Hệ thống nhúng đang làm cho thế giới thông minh hơn và tiện lợi hơn. Số lượng các hệ thống nhúng đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt là trong các ứng dụng vạn vật kết nối Internet IoT (viết tắt của cụm từ tiếng Anh Internet-of-Things) và truyền thông không dây. Thị trường hệ thống nhúng là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất trên thế giới. Như tên gọi, hệ thống nhúng là một hệ thống máy tính có mục đích đặc biệt được thiết kế để thực hiện các chức năng chuyên dụng. Một số hệ thống nhúng có ràng buộc thời gian thực được gọi là hệ thống nhúng thời gian thực (tên tiếng Anh là Real-time Embedded System). Một hệ thống nhúng bao gồm phần cứng và phần mềm đi kèm. Phần cứng bao gồm một bộ vi xử lý hoặc vi điều khiển với bộ nhớ ngoài gắn thêm, I/O và các thành phần khác như cảm biến, bàn phím, đèn LED, màn hình LCD và bất kỳ loại thiết bị truyền động nào. Phần mềm nhúng là trí não của một hệ thống nhúng. Hầu hết phần mềm hệ thống nhúng thời gian thực có các chương trình ứng dụng cụ thể được hỗ trợ bởi hệ điều hành thời gian thực RTOS (viết tắt của cụm từ tiếng Anh Real-time Operating System). Phần mềm nhúng thường được gọi là “firmware” vì phần mềm loại này được nạp vào bộ nhớ ROM, EPROM hoặc Flash, và sau khi được nạp vào hệ thống nhúng nó sẽ không bao giờ bị thay đổi trừ khi cần phải cập nhật lại hoặc thay thế.

Đối với một máy tính đa năng, người dùng có thể cài đặt bất kỳ phần mềm nào để thực hiện tất cả các loại công việc như xử lý văn bản, lướt web, quản lý cơ sở dữ liệu và những công việc khác tùy theo mục đích của mình. Trái lại, hệ thống nhúng chỉ được sử dụng để thực hiện lặp đi lặp lại các chức năng được chỉ định cụ thể. Hệ thống nhúng đã được sử dụng trong hơn nửa thế kỷ kể từ khi bộ vi xử lý được phát triển. Chip vi xử lý Intel đầu tiên được thiết kế cho máy tính và các hệ thống đơn giản khác vào năm 1960. Kể từ đó, khi chi phí của bộ vi xử lý và vi điều khiển giảm xuống và năng lực chức năng được tăng cường, việc thay thế nhiều sản phẩm và hệ thống đắt tiền bằng các hệ thống nhúng trên cơ sở bộ vi xử lý hoặc vi điều khiển trở nên khả thi.

Kể từ đầu những năm 2000, hàng trăm công ty đã được cấp phép sử dụng kiến trúc vi xử lý ARM trong các sản phẩm của họ. Hiện nay, số lượng các công ty được cấp phép đang tăng lên rất nhanh. Mặc dù người được cấp phép phải tuân theo tập lệnh và kiến trúc vi xử lý ARM, họ có thể tự do triển khai các thiết bị ngoại vi như cổng I/O, ADC, Timers, DAC, SPI, I2C và UART, … khi họ muốn. Từ góc độ lập trình, trong khi chúng ta có thể viết chương trình bằng hợp ngữ cho lõi vi xử lý ARM và chạy nó trên bất kỳ chip ARM nào, thì chương trình được viết cho các cổng I/O của chip ARM cho công ty A sẽ không chạy trên chip ARM từ công ty B. Điều này là do các thanh ghi chức năng đặc biệt và vị trí địa chỉ vật lý của chúng để truy cập các cổng I/O không được chuẩn hóa và mỗi người được cấp phép thực hiện nó khác nhau.

ARM lần đầu tiên giới thiệu dòng vi xử lý Cortex-M vào năm 2004. Kể từ đó, bộ xử lý Cortex-M đã nhận được sự chấp nhận rộng rãi như một bộ xử lý đa năng có khả năng mở rộng cao cho các vi điều khiển nhỏ. Tại thời điểm viết cuốn sách này, ARM tiếp tục là kiến trúc hàng đầu cho IoT và các thiết bị nhúng với kỷ lục 4,4 tỷ chip dựa trên vi xử lý Cortex-M được xuất xưởng trong quý 4 năm 2020 (Theo “Record Shipments” trên trang web https://www.arm.com/). Chúng có sẵn từ nhiều nhà cung cấp linh kiện bán dẫn hàng đầu và tốc độ phát triển không có dấu hiệu chậm lại. Dòng vi xử lý Cortex-M hiện đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp. Vì vậy, kiến thức về cách sử dụng nó đang trở thành một kỹ năng cần thiết cho các nhà phát triển hệ thống nhúng chuyên nghiệp.

Cuốn sách này nhằm mục đích vừa giới thiệu về các bộ xử lý ARM Cortex-M vừa hướng dẫn các nguyên tắc và kỹ thuật cơ bản về thiết kế và phát triển phần mềm ứng dụng chạy trên chúng. Trọng tâm được nhấn mạnh vào khía cạnh phát triển phần mềm của hệ thống nhúng. Cuốn sách được viết như một tài liệu hướng dẫn và các chương được sắp xếp theo trình tự từ các vấn đề đơn giản đến phức tạp. Mỗi chương có một số ví dụ trình bày các nguyên tắc chính được nêu trong cuốn sách này bằng cách sử dụng một lượng mã tối thiểu. Mỗi ví dụ được thiết kế để chạy trên bo mạch phát triển FRDM-KL46Z được trang bị bộ vi xử lý Cortex-M0. Người đọc sẽ được trải nghiệm thực tế về việc tự xây dựng các hệ thống nhúng qua các ví dụ cụ thể với cuốn sách này.

Kết cấu của cuốn sách

Cuốn sách gồm 2 phần được chia làm 15 chương.

PHẦN I CƠ BẢN

Chương 1 Giới thiệu về hệ thống máy tính nhúng

Chương 2 Ngôn ngữ lập trình C cho các hệ thống nhúng ARM

Chương 3 Giới thiệu về nền tảng máy tính nhúng FRDM-KL46Z

Chương 4 Vi xử lý ARM Cortex-M

Chương 5 Ghép nối ngoại vi số qua cổng GPIO

Chương 6 Ghép nối với thiết bị hiển thị

Chương 7 Ghép nối với cổng nối tiếp UART

Chương 8 Lập trình Timer

PHẦN II NÂNG CAO

Chương 9 Ghép nối ngoại vi sử dụng cơ chế ngắt

Chương 10 Ghép nối ngoại vi qua ADC và DAC

Chương 11 Ghép nối với thanh trượt cảm biến điện dung

Chương 12 Ghép nối ngoại vi qua chuẩn giao tiếp I2C

Chương 13 Ghép nối ngoại vi qua chuẩn giao tiếp SPI

Chương 14 Ghép nối với cơ cấu chấp hành

Chương 15 Hệ điều hành thời gian thực

Nội dung mỗi chương đều được minh họa bằng các ví dụ cụ thể và sinh động với phần lớn lấy từ các tình huống ứng dụng thực tế nhằm giúp người đọc nhanh chóng nắm bắt được kiến thức và có thể áp dụng dễ dàng kiến thức đó vào trong thực tiễn.

Cuốn sách này hữu ích cho sinh viên, người mới bắt đầu cũng như các nhà phát triển chuyên nghiệp và có kinh nghiệm về hệ thống nhúng với vi xử lý Cortex-M của ARM. Tuy nhiên, khi viết cuốn sách này người viết cũng giả định rằng bạn đọc đã có kiến thức cơ bản về cách sử dụng vi điều khiển và đã quen với việc lập trình bằng ngôn ngữ C. Ngoài ra, sẽ rất hữu ích nếu bạn đọc có kiến thức cơ bản về cách sử dụng trình gỡ lỗi Keil μVision và IDE.

Các chương trình và ví dụ được trình bày trong cuốn sách đã được kiểm tra kỹ nhưng không thể tránh khỏi còn mắc lỗi. Rất mong bạn đọc góp ý để tác giả hoàn thiện cuốn sách. Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ email hungnvnu@gmail.com.

Please Share This Share this content

You Might Also Like

Trả lời Hủy

Share this content