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Cours de PIC Aspects Matériels NOM: PRENOM: Grpe: 2 Généralités Structure des s

Cours de PIC Aspects Matériels NOM: PRENOM: Grpe: 2 Généralités Structure des systèmes micro programmé  Architecture matérielle Un microprocesseur est un circuit intégré complexe. Il résulte de l’intégration sur une puce de fonctions logiques combinatoires (logiques et/ou arithmétique) et séquentielles (registres, compteur, etc…). Il est capable d'interpréter et d'exécuter les instructions d'un programme Une mémoire est un circuit à semi-conducteur permettant d’enregistrer, de conserver et de restituer des informations (instructions et variables). les coupleurs , ou contrôleurs de périphériques, réalisent l’interface électrique et fonctionnelle entre le microprocesseur et les périphériques associés par le biais des différents bus. Un bus est un ensemble de fils qui assure la transmission du même type d’information. L’information est codée de manière binaire. L’ensemble des 0 et des 1 forment une valeur en fonction du type de représentation adoptée (binaire naturel, représentation signée etc….) 3 Généralités + 4 Les mémoires Principe de fonctionnement des mémoires  Objectif : stocker les codes instructions du programme ainsi que les données associées à ce programme  classification classique suivant 2 familles RAM : mémoire volatile -> lecture et écriture des données ROM : mémoire permanente -> lecture uniquement des données (l’écriture correspond à la programmation)  Principe de fonctionnement Une mémoire peut être représentée comme une armoire de rangement constituée de différents tiroirs. Chaque tiroir représente alors une case mémoire qui peut contenir un seul élément : des données. Le numéro du tiroir que l’on souhaite ouvrir est repéré par un numéro appelé adresse. bus d’adresses : numéro du tiroir à ouvrir bus de données : contenu du tiroir signaux de contrôle : contrôle de l’ouverture de la fermeture 5 Les mémoires représentation des nombres  Représentation en binaire naturel Les nombres sont exprimés par des chiffres pouvant prendre deux valeurs 0 ou 1. A chaque chiffre est affecté un poids exprimé en puissance de 2 Ex : ( 101 )2 <> 1x 2² + 0x21 + 1x20 = ( 5 )10  Représentation hexadécimale Lorsqu’une donnée est représentée sur plus de 4 bits, on préfère souvent l’exprimer en hexadécimal. Les nombres sont exprimés par des chiffres et des lettres pouvant prendre 16 valeurs : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F .A chaque chiffre est affecté un poids exprimé en puissance de 16. Ex : ( 9A )16 <> 9x161+ Ax160 = 9x161 + 10x160 = ( 154 )10  Représentation signée Représentations signe et valeur Représentations en complément un Représentations en complément à deux  En informatique : 1 kilo = 210 = 1024 1 Mega = 210k = 220= 1024.1024 = 1048576 1 Giga = 210M = 220k = 230 1 Tera = 210G = 220M = 230k = 240 en anglais octet = byte (kb,Mb,...) Attention : à ne pas confondre avec le bit 6 Les mémoires Les memoires ROM  PROM programmation par l’utilisateur- contenu figé  EPROM reprogrammable effaçable par rayons U.V.  EEPROM reprogrammable effaçable électriquement – tension de programmation 12,24Volts  FLASH reprogrammable effaçable électriquement – composant dit ISP – Ex : BIOS carte mère PC sur Flash Les mémoires RAM  RAM statiques : données mémorisées tant que l’alimentation est présente mémoire cache externe PC ( 256/ 512 Ko/1Mo) Mémoire RAM des micro-contrôleurs. Registres internes des circuits électroniques (µP,UART,...)  RAM dynamique : dégradation de l’information au cours du temps =>Rafraîchissement nécessaire utilisation intensive dans les PC (EDO, SDRAM, DDRam) Exemple de ce cycle de lecture et le PIC? 7 Le microprocesseur et son environnement Hardware/Software  Software le P est une sorte d’automate capable d’effectuer à la demande un ensemble limité d’actions chaque action correspond à une instruction du langage compris par le P Chaque instruction est codée par une série de nombres suivant un format prédéfini Un programme est une suite d’instruction écrite par l’utilisateur Le programme est exécuté instruction par instruction par le P  Hardware partie matérielle du système partie sur laquelle va agir le programme Exemple de codage d’un programme 8 Le microprocesseur Architecture simplifiée Bloc logique de commande (ou séquenceur) : Il organise l'exécution des instructions au rythme d’une horloge. Il élabore tous les signaux de synchronisation internes ou externes (bus de commande) du microprocesseur en fonction des divers signaux de commande provenant du décodeur d’instruction ou du registre d’état par exemple. Il s'agit d'un automate réalisé soit de façon câblée (obsolète), soit de façon micro-programmée, on parle alors de micromicroprocesseur. L’Unité Arithmétique et Logique (UAL) est un circuit complexe qui assure les fonctions logiques (ET, OU, Comparaison, Décalage , etc…) ou arithmétique (Addition, soustraction). Le registre d'état est généralement composé de 8 bits à considérer individuellement. Chacun de ces bits est un indicateur dont l'état dépend du résultat de la dernière opération effectuée par l’UAL. On les appelle indicateur d’état ou flag ou drapeaux. Dans un programme le résultat du test de leur état conditionne souvent le déroulement de la suite du programme. On peut citer par exemple les indicateurs de : o retenue (carry : C) o retenue intermédiaire o signe (Sign : S) o débordement (overflow : OV ou V) o zéro (Z) o parité (Parity : P) le registre d'instruction et le décodeur d'instruction : chacune des instructions à exécuter est rangée dans le registre instruction puis est décodée par le décodeur d’instruction les registres d'usage général permettent à l'unité de traitement de manipuler des données à vitesse élevée. Ils sont connectés au bus données interne au microprocesseur. les registres d'adresses (pointeurs) connectés sur le bus adresses. 9 Le microprocesseur Cycle d’exécution d’une instruction  Etape 1 => recherche des instructions en mémoire  Etape 2 : décodage de l’instruction  Etape 3 : Exécution de l’instruction 10 Les PIC 18Fxxxx Microcontrôleurs  Un microcontrôleur est un microprocesseur dans lequel on a ajouté au sein du même boîtier un ensemble de périphériques: convertisseurs analogiques/ numérique et numérique/analogique, timer.. Une quantité limitée de mémoire pour stocker le programme ainsi que des variables  Développé par Microchip depuis une dizaine d’années, les PIC sont des micro-contrôleurs de seconde génération de type 8 bits externes avec une architecture interne de type Harvard autour de son unité centrale permettant des opérations arithmétiques et logiques simples et rapides 11 Les PIC 18Fxxxx Architecture du PIC  Les micro-contrôleurs PIC utilisent une structure dite Harvard dans laquelle les mémoires Programme et Données sont séparées, adressées toutes deux par deux bus d’adresses différents.Dans ce cas les instructions et les données sont clairement séparées ce qui permet au micro-contrôleur de traiter une donnée en même temps qu’il prépare le cycle de l’instruction suivante  De plus le micro-contrôleur PIC utilise un jeu d’instructions réduit ( stocké dans la mémoire programme) Cette structure est appelée architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer) 12 Les PIC 18Fxxxx Mémoire programme interne  Technologie flash  21 bits d'adresses =2 Mo d'espace adressable  32ko implémentés (de 0x0000 à 0x7FFF)  Au Reset PC = 0x000000 Première instruction qui est exécutée par le pic au démarrage  Les instructions sont codées sur 16 bits (2 cases).  Les instructions commencent donc toujours à une adresse paire. 32ko => 16k instructions Mémoire donnée interne  12 bits d'adresses 0x000 à 0xFFF et 8 bits de données  16 banques de 256o: bank0 à bank15 bank0 0x000 – 0x0FF bank1 0x100 – 0x1FF  La zone 0xF80 – 0xFFF est allouée aux SFR : registre dédiés à une fonction (port E/S, configuration périphériques, ...) 13 Les PIC 18Fxxxx Séquencement des instructions  architecture de harvard les instructions et les données sont clairement séparées ce qui permet au micro-contrôleur de traiter une donnée en même temps qu’il prépare le cycle de l’instruction suivante  Une Horloge qui est un générateur de signaux logiques périodiques stables est nécessaire au fonctionnement des micro-contrôleurs PIC pour cadencer leur fonctionnement instruction après instruction  la plupart des instructions sont exécutées en un cycle Le cadenceme 1cycle dure 4 périodes de l'horloge dénommées : Q1,Q2,Q3,Q4 Tcy = 4 . Tosc Tosc = 1/Fosc avec Fosc : fréquence de l'horloge  Différentes possibilités peuvent être utilisées pour réaliser les circuits d’horloge • Horloges à quartz soit à basse fréquence (type LP) pour économiser en consommation. • Horloge à Quartz rapide ou à haute vitesse (type HS) • Horloge à Quartz ou résonateur standard (type XT). • Horloge à réseau R-C (type RC). • Horloge à réseau R-C externe (type EXTRC). • Horloge à réseau R-C interne (type INTRC). 14 Les PIC 18Fxxxx schéma de câblage minimum Autre possibilité avec bouton poussoir de reset L’ICD2 permet de charger un programme dans le micro (programmeur) et de contrôler son exécution, de voir et de modifier des variables, de placer des points d'arrêt (debugger) 15 Environnement de développement Méthodes de développement  Développement natif Le développement logiciel est réalisé sur la carte matérielle ou le programme sera embarqué. Les logiciels de développement sont intégrés dans une mémoire de type rom sur la cible. Ces outils de développement sont en générale rudimentaire.  Développement croisé uploads/Litterature/ cours-de-pic-generalites-pdf.pdf