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WIZnet mbed 라이브러리

W5500 Ethernet 라이브러리를 mbed에 포팅후 W5100,W5200, W5500까지 지원을 하는 라이브러리를 만들어 mbed.org에 업로드했다. 사용법은 간단하다. 라이브러리를 import하고 사용하는 Wiznet칩 또는 모듈에 따라서 wiznet.h에 있는 #define문에서 사용할 칩만 나두고 나머지는 주석 처리하면 된다.


ARM 개발 환경

hex to bin / bin to hex

MAC에서 개발 환경을 세팅하다보니 윈도우즈 기반의 툴들에서 쉽게 찾던 것들을 구글링하게 된다. ARM 이클립스 개발환경에서 hex, bin을 만들어 주는 툴은 arm-none-eabi-objcopy 인테, 다음과 같이 hex와 binary간의 변환이 가능하다.

arm-none-eabi-objcopy -I binary -O ihex filename.bin filename.hex

arm-none-eabi-objcopy -I ihex -O binary filename.hex filename.bin

물론 이클립스의 프로젝트 설정에서 Cross ARM GNU Create Flash Image설정에서 Raw binary 또는 Intel Hex를 설정이 가능함.

flash downloader demonstrator

STM32 칩들은 내부에 시리얼 부트로더가 있어서 쉽게 flash를 업데이트 가능하다. ST에서도 flash downloader demonstrator라는 프로그램을 제공하는데 윈도우즈만 제공한다. Mac에서 사용할 수 있는 것은 stm32loader scryptstm32ld program이다.

stm32loader의 사용법 (-e : erase, -w: write, -v: verify)

./stm32loader.py -e -w -v example/main.bin



mbed – SeeedArch 프로그래밍하기

SeeedArch

mbed의 플랫폼 중의 하나인 Seeedstudio에서 만든 보드, SeeedArch를 테스트중이다. 이 보드의 스펙은 다음과 같다.

  • mbed enabled
    • online development tools
    • easy to use C/C++ SDK
    • lots of published libraries, projects
  • Standard Arduino Appearance, two Grove connectors
    • available with 3.3V compatible shields
    • a large number of grove modules
  • Drag-n-drop programming
  • NXP LPC11U24 MCU
    • Low power ARM Cortex-M0 Core
    • 48MHz, 32KB Flash, 8KB RAM, 4KB EEPROM
    • USB Device, 2xSPI, UART, I2C

이 보드의 가장 큰 특징은 보드의 형태가 아두이노 보드와 같아서 아두이노 쉴드를 연결할 수 있다.

.png”>800px-Arch_Pinout.jpg.png” width=”560″ height=”455″ />

코딩은 mbed의 웹컴파일러로 하고 다운로드 역시 msd로 잡히는 외장드라이브에 copy를 하면 되는데, Mac이나 Linux에서는 Windows와 달리 drag & drop이 안된다.

프로그래밍 방법 (Mac)

  • 보드의 왼쪽에 있는 리셋 버튼을 길게 누른다. (짧게 누르면 H/W 리셋이고, 길게 누르면 ISP 모드이다.)
  • 그러면 Finder에 CRP DISABLED 라고 스토리지가 잡힌다. Windows에서는 이 폴더에 있는 firmware.bin을 지우고 새로운 firmware.bin을 copy하면 되지만 Mac에서는 Terminal에서 다음과 같이 dd 명령어로 copy한다.
  • dd if=새로운 firmware 파일명 of=/Volumes/CRP\ DISABLD/firmware.bin conv=notrunc

좀 더 쉽게하기위해서 Mac의 Automator를 사용하여 쉘 스크립트를 만든다.

  • dd if=$* of=/Volumes/CRP\ DISABLD/firmware.bin conv=notrunc

Automator_SeeedArch

LED blink 프로그래밍

SeeedArch

관련정보: SeeedStudio WiKi


ARM Cortex M0 – 기술적 개요

일반적인 정보

  • 폰노이만 아키텍처(단일버스 인터페이스)를 가지는 32비트 RISC 프로세서
  • ARMv6 아키텍쳐 : M0, M1(FPGA에 최적화)이 ARMv6 아키텍쳐이며, M3는 ARMv7 아키텍처임. 상위호환이 가능해 M0코드가 M3로 쉽게 이식이 가능.
  • 56개의 명령어: Thumb 명령어 지원, Thumb-2 명령어의 일부 지원

Cortex-M0 block diagram

ARM Cortex-M0의 특징

  • 0.9DMIPS/MHz
  • 프로세스 코어는 3단계 파이프라인
  • NVIC: 프로그램 가능한  4개의 서로 다른 우선 순위 레벨을 가질 수 있으며, 32개까지의 interrrupt request를 받을 수 있다.
  • WIC (Wakeup Interrupt Controller)는 옵션
  • OS지원을 위한 System Tick지원

ARM Cortex-M0의 장점

  • 에너지 효율성 – 슬립모드와 연계되어 있다. 즉 평소에는 슬립모드에 있다가 인터럽트가 발생을 하면 빨리 처리하고 다시 슬립모드로 들어감.
  • 8, 16비트의 제약을 극복 – 32비트 linear address 사용(더 큰 메모리의 사용 가능), 더 큰 스텍사용(참고로 8051은 256바이트), 향상된 명령어 셋으로 더 작은 크기의 코드 가능( 참고로 8051은 항상 ACC를 사용해야 함)

저전력을 가능하게 하는 요소들

  • 적은 게이트수 : 최소 설정으로는 12K, 일반적으로 17~25K
  • 높은 효율성 : 0.9 DMIPS/MHz (80486DX가 0.81 DMIPS/MHz 였다는…)
  • 슬립모드 : WIC(Wakeup Interrupt Controller), 2 개의 슬립모드: WFI(Wait for Interrupt ), WFE(Wait for Event)
  • 로직셀 향상 : Ultra Low Leakage 로직 셀 라이브러리 도입

average current

즉 물리적으로 누설전류가 적은 로직셀, 최적화된 게이트 수를 통해 성능이 좋은 칩으로 슬립모드를 제공하므로 저전력이 가능하다.

관련자료 다운로드


ARM Cortex M0 – 아키텍처

Programmer’s Model

CortexM0 Processor mode

ARMv6-M 아키텍처에서는 쓰레드 모드와 핸들러 모드가 거의 같다. 유일한 차이는 쓰레드 모드에서는 CONTROL이라는 특별 레지스터의 설정으로 shadow된 스텍포인터를 사용한다는 것이다.

레지스터

201402061550.jpg

로드 스토어 아키텍쳐: 메모리에 있는 데이터를 처리하기 위해 이 데이터는 메모리로 부터 레지스터 뱅크의 레지스터에 옮겨져서 내부 프로세서에 의해 처리되고, 이것이 다시 메모리에 쓰여진다.
Cortex-M0는 13개의 32비트 범용 레지스터와 몇개의 특별(special)레지스터를 가진다.

R0-R12

범용 레지스터이며, 대부분의 16비트 Thumb 명령어들은 R0-R7, 하위(Low)레지스터만 액세스 가능하다. 이 레지스터들은 리셋시에 초기값이 정해져 있지 않다.

R13, SP (스텍 포인터)

2개의 스텍포인터가 존재하며, Push, Pop은 32비트 명령이기 때문에 스텍포인터는 항상 32비트의 최하위 2 비트는 항상 0이다.

-. MSP (SP_main) : 메인 스텍 포인터 – 리셋시에 사용되는 기본 설정 스텍포인터이며, 익셉션 핸들러가 실행될 때도 사용이 됨, 초기값은 스타트업 동작시 벡터테이블에서 처음 32비트 워드를 가져온다.
-. PSP (SP_process) : 프로세스 스텍 포인터 – 쓰레드 모드(익셉션을 처리하지 않을 때)에서만 사용됨, 초기값이 정해지지 않음.

R14, LR (링크 레지스터)

함수 호출 또는 서브루틴의 복귀주소를 저장하기 위해 사용이 된다.

R15, PC (프로그램 카운터)

읽기시에는 파이프라인설계 특성 때문에 현재 명령어 주소 + 4값이 읽혀진다.

PSR, 프로그램 상태 레지스터

이 레지스터는 다음 3개의 레지스터들로 구성이 된다.

-. Application PSR (APSR) : 조건 분기를 위해 N(음수), Z(제로), C(캐리 또는 바로우), V(오버플로우)
-. Interrupt PSR (IPSR) : 현재 실행중인 ISR(인터럽트 서비스 루틴)의 번호를 표시한다.
-. Execution PSR (EPSR) : Cortex-M0에서 T비트는 항상 1 (Thumb 상태를 표시), 만약 이 비트가 0이면 Hard Fault 익셉션이 발생한 것이다.

201402061613.jpg

이 세개의 레지스터는 xPSR 라 불리는 하나의 레지스터를 통해 액세스 된다.

PRIMASK: 인터럽트 마스크 특별 레지스터

201402061621.jpg

PRIMASK를 설정하면 NMI나 Hard Fault 익셉션을 제외한 모든 인터럽트를 차단한다.

CONTROL: 특별레지스터

201402061622.jpg

리셋이 된 후(Active stack pointer = 0)에는 MSP가 사용이되지만 , 쓰레드 모드에서 Active stack pointer가 1로 되면 PSP가 선택이 된다. 간단한 응용에서는 MSP만 사용이 되지만 OS가 사용이 될 경우 PSP가 사용이 되는 데 이것은 빠른 Context switching을 위한 것이다. MSP의 초기값은 프로그램 메모리의 시작 부분에 저장이 되지만 PSP의 초기값은 정해지지 않으며, 사용하기전에 프로그램에 의해 초기화가 되야 한다.

메모리 시스템의 개요

201402061628.jpg

스텍 메모리 동작

  • First-in, Last-out 동작 메카니즘
  • Push – 스텍에 메모리를 저장, 스텍 포인터의 주소는 감소한다.
  • Pop – 메모리에 저장된 데이터를 복구, 스텍 포인터의 주소는 증가한다.
  • Cortex-M0의 경우 full descending 스텍 모델 – 이것은 스텍 포인터가 항상 스텍 메모리의 마지막에 저장된 데이터를 가리킨다는 의미인다.
  • Push를 했는데 Pop을 하지 않을 경우 스텍 오버플로우 발생

익셉션과 인터럽트

201402061654.jpg
Vector table

NVIC

  • Flexible 인터럽트 관리: s/w로 인터럽트를 enable / disable 가능, Pending 상태를 set / clear가능
  • 중첩된 인터럽트 지원 – 선점형(preemption)
  • 벡터 방식의 익셉션 진입
  • 인터럽트 마스팅

디버그 시스템

Halt mode debug, stepping, register access를 제공하고, BPU(Breakpoint Unit), DWT(Data Watch point)같은 디버그 기능을 제공한다.JTAG 연결(nTRST, TCK, TDI, TMS, TDP등 5핀 사용)과 Serial-Wire 연결(Serial Write Clock, Serial Write Data등 2핀 사용)은 동일한 컨넥터를 사용이 가능하다. 즉 TCK와 Serial Write Clock이 공유되고, TMS와 Serial Write Data핀이 공유되며 나머지는 NC이다.

Startup Sequence

IMG_0003

프로세서가 리셋이 되면 다음과 같은 순서로 동작을 한다.

1. 0x00000000 번지에 저장이 되어 있는 MSP의 초기값을 읽는다. MSP의 초기값 = 스텍의 시작 번지

2. 0x00000004 번지에 저장이 되어 있는 리셋 벡터를 읽는다.

3. 리셋 벡터에 저장된 번지의 명령어를 패치한다.

만약 부트코드가 0x000000C0 번지부터 시작을 하면, Thumb 코드임을 나타내기 위하여 최하위 비트를 1로 설정한 값이 리셋 벡터에 저장이 되어 있어야 한다.


ARM Cortex M0 – 소개

ARM사는 Acorn Computer Group, Apple 컴퓨터, VLSI Technology의 합작투자회사로 1990년에 Advanced RISC Machine Ltd라는 이름으로 설립

ARM Cortex-M0의 특징

  • 적은 게이트수: 12,000
  • 저전력 기능 지원 및 높은 에너지 효율성 – 0.9 DMIPS/MHz
  • 사용하기 쉬운 인터럽트 우선순위 제어를 가진 내장형 인터럽트 콘트롤러
  • Low interrupt latency, 타이밍이 확정적(deterministic)
  • Thumb 지원- 높은 코드 밀도

ARM 프로세서와 아키텍처

  • 2006년에 Cortex-M3 (ARMv7-M 아키텍쳐) 출시
  • Cortex-M0는 ARMv6-M 아키텍쳐기반
  • ARMv6-M 아키텍쳐는 ARMv7-M의 메모리 맵,  프로그래머 모델과 익셉션 모델, Thumb2 시스템과 ARMv6의 Thumb 명령어 셋 그리고 CoreSight Debug 아키켁쳐를 결합한 형태이며, 여기에 저전력에 특화된 설계로 나온 것이 M0이며, FPRGA 특화된 특성을 넣은 것이 M1이다.
arm processor architecture

ARM 프로세서 아키텍처의 진화


ARM Techcon 2013, ARM Technology Symposia 2013

지난 10월 29일부터 3일간 미국 캘리포니아 산타클라라 컨벤션 센터에서 열린 “ARM Techcon 2013” 행사에 참석해서 관련 글을 블로터넷에 기고를 했다. 보낸 원고에서 몇가지 영어 표현들이 한글로 바뀌고 제목들이 추가로 달렸는데, 에디터의 손을 거치니 좀 나아지는 것 같다. 한국에서는 IoT(Internet of Things)가 사물인터넷으로 번역되는 것이 좀 이상하지만…

기고문:  “사물인터넷” 눈독 들이는 ARM

최근  ARM CEO인 Simon Segars의 키노트가 유투브에 올라와 있다.

당시 3일 일정의 모든 세션을 들을 수 있는 티켓을 구매(약 1500불)해서 들었는데, ARM에서는 한국에서도  비슷한 행사를 개최했다.

ARM_Symposia _2013

그런데 이 행사는 ARM Techcon보다는 축소된 내용으로 개괄적인 내용만 다뤄졌고, 한국의 파트너들의 발표를 제외하면 당시 행사에서 발표한 슬라이드를 그대로 사용해서 발표를 했다. 지난번에 미국에서 만난 ARM사의 Diya씨가 이번에 한국에서도 발표를 했는데, 발표가 끝나고 물어보니 한국, 대만, 중국, 일본, 유럽, 인도를 거쳐서 미국에서 고객 미팅도 하고 내년에나 집(영국)에 간다고 한다. -_-;;

Diya씨는 Cortex-M시리즈에 대한 일반적인 내용을 발표를 했다.

IMG_0005_2

이번 발표도 미국서와 마찬가지로 주제는 IoT이다. mbed에 대한 소개가 좀 미흡했지만 국내에서도 이 플랫폼을 가지고 IoT를 촉진시키기 위한 커뮤니티의 확산에 노력을 하지 않을까 생각이 된다.

전시된 제품 중 흥미로운 것은 Sphero Ball에 사용된 칩이 STMicro의 STM32F0인것과, Nike_Fuel Band에  STM32L151QCH 칩이 사용이 된 것이 흥미로웠다.

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IMG_0011_2

관련 사진: http://www.flickr.com/photos/jbkim/sets/72157637889539275/

 


6LowPAN Network Processor – CC1180

CC118은 6LowPAN chip으로 검색을 하면 나오는 TI의 칩이다. 데이터시트를 보니 최근 ARM에 인수된 Sendinode의 솔루션이 칩에 들어가 있다. MCU와의 인터페이스는 UART이다.

데이터시트 다운로드는 아래 링크에서… 

CC1180

 


CortexM0 보드와 CooCox

NXP LPC1114 보드

이전 블로그를 보니 2011년도 초에 NXP와 Nuvoton의 Cortex M0에 대해 쓴 블로그 포스팅이 있었는데 최근 당시에 CooCox로 부터 받은 보드와 최근에 Nuvoton에서 받은 보드를 테스트를 해봤다. 아래 그림에서 위에 있는 것은 NXP칩을 사용한 LPC1114보드이고, 아래 그림은 Nuvoton의 M0516NBL 을 사용한 보드이다.

CortexM0 보드

최근 이런 개발 보드들의 특징은 디버거를 포함을 하고 있는데, 보드의 좌측 부분이 디버거 기능을 하며,  CMSIS-DAP 기능을 한다.

하지만 몇 년 지난 보드를 다시 PC에 연결을 해보니 일단 연결 부터가 되지 않는다. 아마도 이 보드의 CooCoox의 ColinkEX가 업데이트가 됐는가 싶어서 이 보드의 ColinkEX f/w를 확인해 보니 예상한 대로 f/w가 업데이트 되어 있다. 관련 자료: http://www.coocox.org/CoLinkGuide/CoLinkDIY.htm

  • JP1을 쇼트시키고 USB 전원을 연결하면 LPC1343 칩의 내부 메모리가 “”CRP2 ENABLD” or “CRP DISABLD”의 레이블을 가진 MSD로 잡힌다.
  • 여기에 파일을 제거하고 위 링크에서 F/W를 다운로그해서 카피한다.
  • JP1을 오픈하고 USB 전원을 다시 연결한다.

물론 PC에는 드라이버를 설치를 해야한다.

Nuvoton NuTiny-M051보드

이 보드의 왼쪽 부분의 디버거의 이름은 Nulink이며, 보드를 PC에 연결을 하니 USB-HID로 잡힌다. NXP 보드와 마찬가지로 디버거를 이용해 개발을 하고 양산시에는 보드를 잘라서 F/W를 구울수 있는 구조로 되어 있다. 사용해 보니 mbed에 있는 CMSIS-DAP와 다른 점은 호스트에 연결되는 USB로 시리얼까지 처리를 하지는 않아서 시리얼 출력을 보려면 보드에서 선을 따로 뽑아야 한다. 하지만 NXP 보드는 보드에 RS232C 드라이버 칩과 소켓이 있어서 바로 연결을 할 수 있다.

CooCox 개발 환경

CooCox 역시 당시 블로그 포스팅에도 소개를 했었는데 최근 다시 설치를 해서 확인을 해보니 다양한 Cortex 칩들을 지원을 하고 있고, 커뮤니티도 제법 커져있다. 하지만 당시와 달라진 점은 ARM GCC 를 따로 설치를 해주고 경로를 설정을 해줘야 한다.

위 사이트에서 gcc를 다운로드 받고 설치를 한후, Project >> Select Toolchain Path를 지정을 한다.

CoIDE_Set_1

Blink 테스트

입베디드 보드에서의 Hello World와 같은 LED 깜박이기 예제를 돌려보자. 프로젝트를 만드는 것은 쉽다.

coocox

  • Project >> New Project : 프로젝트 이름을 정한다.
  • 칩 또는 보드를 선택을 하는데, 만약 이 툴에서 제공하는 보드리스트에 사용하는 보드가 있다면 보드를 선택을 하고, 없다면 칩을 선택한다.
  • 사용할 컴포넌트를 선택한다.  만약 GPIO를 선택을 하면  CMSIS Core와 CMSIS Boot는 자동으로 로드 된다. (스텝 3)
  • 좌측 창의 Component 부분의 GPIO에  2개의 예제가 있다고 표시가 된다. 이것을 선택을 하고 Blink예제를 add하면 프로젝트의 main 함수에서 blink 함수를 호출을 한다.
  • Blink.c 파일을 보면 Port2의 GPIO9 를 on/off 하는데, 내가 가지고 있는 보드의 설정과 동일하다. 즉 코드를 수정할 필요가 없다.
  • Project  >> Build (단축키 F7)를 한후, Flash >> Program Download를 선택한다. (보드의 JP2는 쇼트)
  • 보드의 JP2를 오픈하고 리셋 버튼을 누르면 다운로드 한 코드가 동작을 한다.

이상으로 코드 한줄 코딩하지 않고 개발 환경 설정하고 칩에 F/W까지 다운로드해서 동작을 확인했다. 사용을 해보니 참 편한데 한가지 아쉬운 점은 CooCox가 Windows만 지원을 한다는 것. LPCXpresso의 경우는 3가지 OS (Win, MAC, Linux)를 다 지원하는데….


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