systèmes à processeur

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1 Architecture t des systèmes à processeur Introduction Michel Starkier 1 Michel Starkier (MSR) - Institut REDS Cours: ARO1, ARO2, (NUM3), EMB, CSE, ASP Recherche : Systèmes embarqués reconfigurables Bureau A07a Tel: michel.starkier@heig-vd.ch 2

2 ASP Assistante : Evangelina Lolivier-Exler (ELR) Ingénieure à l institut ReDS evangelina.lolivier-exler@heig-vd.ch l i l i h 3 Cours ASP Nouveau cours Quelle forme? 40 périodes cours / 40 périodes labo Au minimum 2 tests 1 examen Exposés Corrélation avec le cours IEM En général : Cours mardi, labo jeudi 4

3 Contenu du cours ASP Exposés et exercices : 40 périodes Nb. période Architecture des processeurs : structures (Von Neuman, Harvard) et fonctionnement, classes (CISC, RISC, superscalaire, VLIW, DSP, multicoeurs, virtualisation, ), histoire, panorama des familles de composants et des fabricants. Mémoires : disques magnétiques et optiques, SRAM, SDRAM, Flash, EEPROM,. adressage et interfaçage, technologies, panorama des familles de composants et des fabricants Périphériques : techniques d interfaçage, entrées/sorties, (discrètes, claviers, afficheurs, ports, contrôleurs réseau et bus), timers, watchdog, panorama des familles de composants et des fabricants Bus numériques : structure et fonctionnement, bus usuels (locaux, I2C, PCI, USB, SATA/ATA,..) Spécificités des systèmes intégrés : microcontrôleurs, SOC,, - panorama des familles de composants et des fabricants Spécificités des systèmes embarqués : contraintes d environnement, protections, alimentations, aperçu des normes applicables Travaux de laboratoire, études de cas : 40 périodes Laboratoire: mise en œuvre et test des fonctions d'un système à processeur Etude de cas: analyse de documentations techniques, compréhension de l'architecture, identification des spécifications clés. Etude de cas: comparatifs, choix de systèmes ou composants, analyse de performances 5 Planning prévisionnel Mardi Jeudi Architecture processeur Architecture processeur Architecture processeur Labo introduction Architecture processeur Labo introduction Architecture processeur Labo introduction Architecture / Bus Bus numériques Test Labo GPIO Bus numériques Labo GPIO Bus numériques Labo GPIO Mémoires Cours, mini-projet Mémoires Labo flash Mémoires Labo flash Test Labo flash Périphériques Cours, mini-projet Périphériques Labo picomon Périphériques Labo picomon Spécificités Labo picomon Examen 6

4 Cours ASP RAPPELS ET GENERALITES 7 Rappel: Préfixes binaires (1/4) Définitions iti : Unité SI: 1Kilo = 10 3 Kilobit (kb, Kb) = 2 10 bit kilooctet ou kilobyte (ko, kb, Ko, KB) = 2 10 byte 1KB(1Kbyte) Kbyte) Base 10: 2 10 B = 1024 B = 8192 bit > 10 3 B Base 16: 400 B Base 2: B 8 8

5 Rappel: Préfixes binaires (2/4) Préfixes binaires utilisés couramment kilo, méga, giga, téra, péta, exa, zetta, yotta Préfixes binaires du système international (peu utilisés) Kibi, mébi, gébi, tébi, pébi, exbi, zébi, yobi 9 9 Rappel: Préfixes binaires (3/4) Nom Symbole Puissances binaires et valeurs en décimal Nombre Hexa unité o/b 2 0 = 1 un(e) = 1 kilo ko/ko kb/kb 2 10 = mille = Ordre de grandeur SI décimal méga Mo/MB 2 20 = million = giga Go/GB 2 30 = milliard = téra To/TB 2 40 = billion = péta Po/PB 2 50 = billiard exa Eo/EB 2 60 = trillion = =

6 Rappel: Préfixes binaires (4/4) Adressage Puiss. binaire et décimal Hexa byte bit 8bits 2 8 = B 2Kb 16 bits 2 16 = KB 512 Kb 32 bits 2 32 = GB 32 Gb 64 bits 2 64 = EB 128 Eb Exemple : module mémoire à l adresse 0x K x 32 bit x 4 = 128 x 512 Kb = 64 Mbit => 8MB = 223 B Taille hexa : B Range d adresses : 0x xBFFFFF Data 32 bits /Ad Adresse sur 19 bits + 2 bits bank select Exercices: Préfixes binaires Ex1 Ex2 Ex3 La taille d une mémoire est octets Donnez la taille en kb et en Mb L adresse de début est 0. Quelle est l adresse de fin? Le range d adresses d mémoire d une carte processeur est : 0x x7FFFFFFFF Quelle est la capacité mémoire en GB? On divise une zone mémoire de 10 Mb en 4 blocs. Donnez la taille d un bloc en kb

7 Format des données Chaque byte dans une mémoire possède une adresse différente. Si une donnée contient plus d'un byte, l adresse de la donnée correspond à celle du premier byte mots 32 bits adr = 0000?? adr = 0004?? adr = 0008?? adr = 0012?? mots 64 bits adr = 0000?? adr = 0008?? bytes adresse Rappel: Types de données Processeur ARM9 Type de donnée Signification Taille Plage de valeurs acceptée char Caractère 8 bits / 1 byte -128 à 127 unsigned char Caractère non signé 8 bits / 1 byte 0 à bits / 2 bytes short int Entier court à unsigned short int Entier court non signé 16 bits / 2 bytes 0 à int Entier 32 bits / 4 bytes à unsigned int Entier non signé 32 bits / 4 bytes 0 à long int Entier long 32 bits / 4 bytes à unsigned long int Entier long non signé 32 bits / 4 bytes 0 à float Flottant (réel) 32 bits / 4 bytes 3.4*10-38 à 3.4*10 38 double Flottant t double 64 bits / 8 bytes 17*10 1.7* à 1.7*

8 Rappel : Little endian / big endian big endian: le byte de poids fort est mis à l'adresse inférieure (le mot commence par le byte de poids fort) little endian: le byte de poids faible est mis à l'adresse inférieure (le mot commence par le byte de poids faible) 15 Rappel: Little endian / big endian Exemple: Une variable toto est stockée à l'adresse 0x0100 (c'est est-à-dire &toto=0x0100) La valeur de la variable toto est 0x big endian 0x100 0x101 0x102 0x little endian 0x100 0x101 0x102 0x

9 Exercice On lit le contenu de la mémoire d un ordinateur little endian. Ce contenu est transféré à la même adresse d un ordinateur big endian. Donnez le contenu de la mémoire en fonction du format des données transférés. Little Endian Big Endian bits 16 bits 32 bits 64 bits 0x100 5F 0x x102 D4 0x x x105 AE 0x x Niveaux d abstraction OS, applications Langage haut niveau Assembleur Code machine machine Jeu d instruction Architecture processeur Architecture blocs fonctionnels Circuits séquentiels et combinatoires i Bloc logiques Transistors Architecture des systèmes à processeur Mémoires Bus Périphériques 18

10 Définition systèmes embarqués Système informatique spécifique Fonction(s) précise(s) et déterminée(s) Contraintes temps réel Contraintes environnementales Partie d un équipement comprenant des pièces mécaniques et électriques 19 Système embarqué Système embarqué? Système embarqué 20

11 Applications systèmes embarqués Equipements personnels Téléphone, PDA, lecteur MP3, caméras, appareils, photos => appliance Equipements de véhicules GPS, ABS, EPS, ordinateurs de bords => automotive, avionic Equipements des bâtiments Réseaux, climatisation, alarme, information => networking, automation Equipements médicaux Monitoring, imagerie,.. pacemaker => biomed,.. Equipements militaires Radios, guidage missile, visée,.. => military,.. 21 Appollo Guidance Computer 1966 MIT Raytheon 22

12 Autonetics D-17 computer 1960 Guidage missile 23 Intel bit microprocessor ocesso transistors 10 microns bit 8008 Intel 24

13 Loi de Moore 25 Cours ASP ARCHITECTURE DES PROCESSEURS 26

14 Exercice: Dessinez le bloc diagram d un processeur (ou d un système à processeur) 27 Architecture PC registres PC ALU interface du bus bus système I/O bridge bus mémoire mémoire principale i contrôleur USB adaptateur graphique bus I/O contrôleur de disque slots d'expansion pour dautres d'autres dispositifs souris clavier écran disque 28

15 Système à processeur processeur mémoire dispositifs d entrée /sortie bus 29 Architecture d un processeur ALU Séquenceur PC Registres Contrôle Interface ( décodeur instruction) Bus mémoire 30

16 Architecture d un processeur Sélection PC IR ALU ACC Unité de control MEM Sélection lien? data bus 31 Architecture d un processeur Dessin de R. S. Shaw 32

17 processeur ARM926EJ-S Processeur 32 bit pour systèmes embarqués microcontrôleur imx21 i.mx21 processeur ARM926EJ-S cœur ARM9E-S 33 ALU Arithmetic and Logic Unit Opérations arithmétiques Addition, soustraction, multiplication, division,. Opérations logiques OR, AND, NOT, XOR, Shift 34

18 ALU Shifts => barrel shifter Logical shift Ex: >> => Arithmetic shift Ex: >> => => Rotation Ex: >> => ALU Format des données Entiers signés ou non signés Flottants (FPU) Status des résultats: Carry out Overflow, comparaison, signe 36

19 ARM9E-S 37