Thiết kế khối giao tiếp truyền thông dùng trong vi điều khiển

  • 08:12 ,05/01/2019
KHPTO - Thiết kế và mô hình hoá khối giao tiếp truyền thông nối tiếp đồng bộ dùng trong vi điều khiển là đề tài cuả nhóm nghiên cứu Phan Hải Phong, Hoàng Lê Hà,Nguyễn Văn Ân, Hồ Đức Tâm Linh, Trường đại học khoa học Huế.

Các dòng vi điều khiển thế hệ mới luôn yêu cầu phải có một giao thức truyền thông phù hợp, cho phép các vi điều khiển này có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi hoặc với các nền tảng khác. Serial Peripheral Interface (SPI) là một giao thức truyền thông nối tiếp đồng bộ cho phép các thiết bị có thể kết nối với nhau dễ dàng mà không yêu cầu quá nhiều tài nguyên của hệ thống. Các tác giả tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế và mô hình hoá một khối điều khiển giao tiếp theo giao thức SPI để xây dựng một khối giao tiếp cho hệ vi điều khiển đang được thiết kế. Các kết quả mô phỏng hoạt động ở mức logic của khối giao tiếp này cũng được thực hiện.

Với sự phát triển của công nghệ bán dẫn thì việc nghiên cứu và phát triển các thế hệ vi mạch tích hợp (Integrated Circuit - IC) mới là một sự phát triển tất yếu của ngành công nghiệp điện tử hiện đại. Các vi mạch mới ra đời ngày càng có hiệu năng cao, chất lượng vượt trội và giá thành giảm. Với kích thước các transistor càng được thu nhỏ thì các vi mạch càng được tích hợp thêm nhiều tính năng trên cùng một đế silic nhưng vẫn đảm bảo được tốc độ hoạt động cao và kích thước nhỏ gọn. Bên cạnh đó, sự phát triển của các hệ thống điện tử, tự động hoá, các hệ thống nhúng đã đặt ra yêu cầu về việc cần phải có các thế hệ vi điều khiển (Microcontroller Unit – MCU) mới có tốc độ hoạt động cao và tích hợp thêm nhiều thiết bị ngoại vi. Điều này đặt ra cho lĩnh vực thiết kế vi mạch điện tử một hướng nghiên cứu quan trọng, đó là phát triển các thế hệ vi điều khiển mới có tốc độ cao hơn, hoạt động ổn định hơn và đặc biệt là phải tích hợp được thêm nhiều tính năng tiên tiến hơn.

Các thế hệ MCU mới ra đời đồng thời cũng đặt ra yêu cầu cần phải có các phương thức giao tiếp tương ứng để hỗ trợ kết nối giữa MCU với những thiết bị ngoại vi khác. Để có thể xây dựng nên một lõi vi điều khiển có khả năng ứng dụng cao thì một khối giao tiếp truyền thông như thế cần phải được tích hợp vào trong lõi vi xử lý (Central Processing Unit - CPU) nhằm giúp lõi đó giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông dụng. Hiện nay, hai phương thức truyền thông phổ biến hiện đang được áp dụng nhiều cho các dòng MCU đó chính là Inter-Integrated Circuit (I2C) và Serial Peripheral Interface (SPI).

Trong nghiên cứu này, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu, tìm hiểu về chuẩn SPI, một chuẩn truyền thông được sử dụng phổ biến cho các MCU để giúp những MCU này giao tiếp với các thiết bị ngoại vi một cách thuận tiện. Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu các đặc tả mô tả hoạt động của chuẩn giao tiếp này, họ đã đề xuất được một mô hình cho các khối giao tiếp SPIm và SPIs. Đây là các khối chức năng sẽ đảm nhận việc bắt tay với các thiết bị Master và thiết bị Slaver, sau đó thực hiện quá trình truyền thông theo giao thức SPI để truyền nhận dữ liệu giữa hai thiết bị Master - Slaver này. Mô hình được đề xuất cho các khối SPIm và SPIs đã được mô hình hoá thành công bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL.

Sau khi mô hình hoá, nhóm nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng hoạt động của hai khối này trên phần mềm mô phỏng ModelSim. Kết quả mô phỏng thu được đã chứng tỏ hoạt động ở mức logic của các khối được thiết kế hoàn toàn đúng với các yêu cầu đặt ra ban đầu. Các khối SPIm và SPIs hoàn toàn đáp ứng với các đặc tả hoạt động của giao thức truyền thông SPI và có thể ứng dụng để xây dựng thành các khối chức năng đảm nhận vai trò truyền thông cho các MCU.

N.Hoa
  • Hotline
    (028) 3920 1523
  • Email