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2018-09-24

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Traduit et adapté de l’anglais

EMB7000, Ch. 2

Les microcontrôleurs MSP430 de Texas Instrument

MSP430

Copyright 2009 Texas Instruments All Rights Reserved


Objectifs d’apprentissage

• Survol d’une famille de microcontrôleurs typique

– Famille MSP430 de Texas Instrument

• Outils de développement logiciel

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Processeurs de TI pour systèmes embarqués

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32-bit ARMCortex™-M3

MCUs

16-bit ultra-low power

MCUs

DSPDSP+ARM

ARM Cortex-A8

MPUs

Stellaris®

ARM® Cortex™-M3MSP430™Sitara™

ARM® Cortex™-A8& ARM9

C6000™

DaVinci™video processors

TI Embedded ProcessorsDigital Signal Processors (DSPs)Microcontrollers (MCUs) ARM®-Based Processors

OMAP™

Software & Dev. Tools

Up to 100 MHz

Flash8 KB to 256 KB

USB, ENET MAC+PHY CAN, ADC, PWM, SPI

Connectivity, Security,Motion Control, HMI,

Industrial Automation

$1.00 to $8.00

300MHz to >1GHz

Cache, RAM, ROM

USB, CAN,PCIe, EMAC

Industrial computing, POS & portable data terminals

$5.00 to $20.00

Up to 25 MHz

Flash1 KB to 256 KB

Analog I/O, ADCLCD, USB, RF

Measurement,Sensing, General

Purpose

$0.25 to $9.00

300MHz to >1Ghz +Accelerator

CacheRAM, ROM

USB, ENET, PCIe, SATA, SPI

Floating/Fixed PointVideo, Audio, Voice,

Security, Conferencing

$5.00 to $200.00

32-bit real-time

MCUs

C2000™

Delfino™

Piccolo™

40MHz to 300 MHz

Flash, RAM16 KB to 512 KB

PWM, ADC, CAN, SPI, I2CMotor Control, Digital Power,

Lighting, Ren. Enrgy

$1.50 to $20.00

Ultra Low power

DSP

C5000™

Up to 300 MHz+Accelerator

Up to 320KB RAMUp to 128KB ROM

USB, ADC McBSP, SPI, I2C

Audio, Voice

Medical, Biometrics

$3.00 to $10.00

Multi-coreDSP

C6000™

24.000 MMACS

CacheRAM, ROM

SRIO, EMACDMA, PCIe

Telecom test & meas, media gateways,

base stations

$40 to $200.00


La famille TMS430

• Architecture RISC de 16 bits

• Consommation de courant compatible avec l’alimentation par batterie ; aussi peu que :– 100 nA‐ en mode de sommeil profond

– 0.7‐2.5 uA‐ en mode sommeil avec réveil par horloge

– 100 uA/MHz en mode actif

– Réveil en moins de 1‐5 us

– Courant de fuite des lignes d’e/s < 50 nA

• Plus de 400 membres!

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Plusieurs modes d’opération pour la conservation d’énergie

• La consommation en courant dépend essentiellement du nombre d’horloges actives et de leurs fréquences

– Utilisation de modes de dormance pour l’optimisation

Mode CPU et horlogesActive CPU active. All enabled clocks

active

LPM0 CPU, MCLK disabled. SMCLK, ACLK active

LPM1 CPU, MCLK disabled. DCO disabled if not used for SMCLK.

ACLK active

LPM2 CPU, MCLK, SMCLK, DCO disabled. ACLK active


LPM4 CPU and all clocks disabled


Horloges

• Au moins 4 sources avec diviseurs de fréquence Cristal : basse (32KHz) et

haute fréquence (ex. 4 MHz)

DCOCLK (Digitally‐Controlled Oscillator clk) : Interne calibrée à haute fréquence

VLOCLK (Very Low‐power clk) : Interne de ~12kHz

• Trois signaux utilisables MCLK (Main clk) et SMCLK (Sub‐main clk)

toutes sources possibles; horloges du CPU et des périphérique quand le CPU est dormant

ACLK : Auxiliary clock (conserve l’énergie)

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Horloges actives et modes d’opération

Mode CPU et horlogesActive CPU active. All enabled clocks

active

LPM0 CPU, MCLK disabled. SMCLK, ACLK active

LPM1 CPU, MCLK disabled. DCO disabled if not used for SMCLK.

ACLK active



LPM4 CPU and all clocks disabled

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BOR

POR

Active Mode

PUC

LPM3.5

LPM4.5LPM0

LPM1

LPM2

LPM3

LPM4


Usage des modes d’opérationMode d’opération Impact Courant typique Usage typique

Normal (« Active »)Dépend de l’horloge ~2‐3 mA typique

Opération normale

Somnolant (« Doze »)

CPU : ralenti , Périphériques : normal

35‐75% du courant en mode normal

Applications utilisant les périphériques avec peu de traitement

Repos (« idle ») –LPM0‐LPM3

CPU : arrêtPériphériques : variable

10‐25% du courant en mode normal

Attente d’un évènement sur un périphérique

Dormant (« sleep ») –LPM4

CPU : arrêtPériphériques : arrêt

~100 nAAttente d’un évènement externe peu fréquent

Sommeil profond (« Deep Sleep ») –LPM4.5 ‐5

LPM4 avec RAM non conservée

~ <100 nA

Applications avec faible ratio normal/dormant ou longues périodes de dormance

Source : www.ecnmag.com/article-Utilizing-Microcontrollers-Low-Power-Modes-and-Peripherals-060109.aspx

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La source affecte la consommation d’énergie

Clock Frequency Precision Current Draw Crystal Required

High-Frequency

DCO 100kHz – 60MHz Low 60uA

HFXT1/ XT2

4 - 32MHz High 260uA/12MHz X

MODOSC 5MHz n/a n/a

Low-Frequency

LFXT1 32kHz High 300nA X

VLO ~10kHz Low 60nA

REFO 32kHz Medium/High 3uA

RTC

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MSP430 Generations

6

Category 2xx 4xx 5xxCPU Clock (max) 16MHz 8MHz 25MHz

Active Current

(@ 3.0V, typical)

515uA @ 1MHz

4.2mA @ 8MHz

9.1mA @ 16MHz

600uA @ 1MHz

4.8mA @ 8MHz

N/A

290uA @ 1MHz

1.84mA @ 8MHz 230 uA/MHz

8.90mA @ 25MHz

120KB / 8KB (Flash / RAM) 120KB / 8KB (Flash / RAM) 256KB / 16KB (Flash / RAM)

Wake-up Time From LPM3 1us 6us 5us

Standby LPM3 Current 0.9 – 1.1uA 1.1 – 2.5uA 1.9uA (RTC, WDT, SVS enabled)

LPM4 Current 0.1uA 0.1uA 1.2uA (LPM4) / 0.1uA (LPM4.5)

Flash ISP Minimum DVCC 2.2V 2.7V 1.8V

Port I/O Interrupt Capability P1/P2 P1/P2 P1/P2

Some devices also P3/P4

Prog. Port Pin Drive Strength N/A N/A All port pins

Prog. Pull-ups / Pull-downs All port pins N/A All port pins

12-bit A/D Internal Reference Current

500 uA 500 uA 100 uA*

12-bit A/D Active Conversion Current

800 uA 800 uA 150 uA*

Available MCLK Sources DCO

LFXT1

XT2 (if available)

VLO

FLL

LFXT1

XT2 (if available)

FLL

LFXT1 / XT1

UCS XT2 (if available)

VLO

REFO

Available FLL Reference Clocks

N/A LFXT1 LFXT1, REFO, & XT2 (if present)

* 2xx, 4xx – ADC12; 5xx - REF & ADC12_A

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MSP430 Roadmap

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100+ devices

2xx-Catalog• 16 MIPS• 120 kB Flash• 8 kB RAM• 500 nA Standby• 1.8 – 3.6V

75+ devices

1xx-Catalog• 8MIPS• 60 kB Flash• 10 kB RAM• 1.8 – 3.6 V

G = Value LineF = FlashFR = FRAM

100+ devices

4xx: LCD• 16 MIPS• 120 kB Flash• 8 kB RAM• LCD Controller, 160

segments• 1.8 – 3.6V

F23x0

The New Generation

5xx-6xx• 25MIPS• 256 kB Flash• 16 kB RAM• 1.8 – 3.6V• FRAM, USB, RF• 6xx: LCD Controller• 160 uA/MIPS

Production

Development

Device

F23x-F24x

F261xF241x

F20xx

F21x1F21x2

F22xx

F13x-F14xF15x-F16x

F541x F543xA

Fx42x0

Fx42x

F44x

Fx43x

FG461x

FE42x2

F47x4

Fx47x

F43x

F23x0

F11xx

F12xx

F41xF41x2

FR57xxFRAM

F550x USB

F51x2Lighting

L0920.9V Native

F53xxGen Purpose

F6/563xBGM, Catalog

G2xx1

F552xUSB

CC430RF

G2xx2G2xx5

F471xx


La famille MSP430 : Architecture générale

• Bus de données interne de 16 bits et externe de 8 bits• Jusqu’à 20 bits d’espace d’adressage• Interface JTAG (Joint Test Action Group) pour la programmation/débogage (Spy‐by‐wire)• Site web de TI

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La famille TMS430 : Le CPU

• Architecture RISC à architecture de Von Neumann (mémoire commune pour les instructions et les données)

• Seize registres de 16‐20‐bits– 4 registres sont à fonctions dédiées

(PC, SP, SR, et générateur de constantes)

– 12 sont à usage général (R4 ‐R15)

• Unité arithmétique et logique (ALU):– Addition, soustraction, comparaison et

opérations logiques (AND, OR, XOR) ;

– Sémaphores pour débordement, zéro,

négatif et bit de retenue

• Architecture optimisée pour les compilateurs du langage c


La famille TMS430 : 27 Instructions de base

• Moins d’instructions => décodeur d’instructions simplifié => consommation d’énergie plus faible

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Traduit et adapté de l’anglais15

• Remplacées par des instructions de base dans le programme d’assemblage du code

La famille TMS430 : 24 instructions émulées


La famille TMS430 : 51 instructions au total

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La famille TMS430 : Mode d’adressage

• 7 modes pour la source :

• 4 modes pour la destination :– Register mode; Indexed mode; Symbolic mode; Absolute mode.

5xx + RF faible puissance = SoC

CC430

CI Radio

RF

Low‐power RF SoC

•Ultra‐low power •High analog performance•High level of integration• Ease of development• Sensor interface

•High sensitivity• Low current consumption• Excellent blocking performance• Flexible data rate & modulation format•Backwards compatible

MSP4305xx MCU

Transmetteur RF faible puissance

MSP430 MCU

Processeur pourapplication et protocole RF

• TI offre aussi un portfolio basé sur le uC 8051 d’Intel ou un ARM, offrant des solutions qui couvrent les protocoles VelociTI (propriétaire), Zigbee, Bluetooth et Wi‐Fi à 2.4 MHz (CC2xxx et CC3xxx)

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Portfolio partiel de produits LPRF

Software

ProtocolProcessor

Systemon Chip

Transceiver

Transmitter

RFFront End

Narrowband Proprietary

Sub 1 GHz

ZigBee / IEEE802.15.4

2.4 GHz

Proprietary

CC111x

CC430CC2431

CC2530

CC2430

CC2480

CC2590

CC2591

CC1150CC1070 CC2550

CC1020CC1101

CC2520 CC2500

CC251x

SimpliciTI

SimpliciTI TIMAC

Z-Stack

SimpliciTI

CC1100E

DesignDiagramme d’un exemple d’application LPRF

MCUMSP430

RF TransceiverCC1101, C1020,

CC2500,CC2480*, CC2520

Antenna

LPRF System on ChipCC111x / CC251x / CC243x / CC253x / CC430

PA \ LNACC2590CC2591

Power Supply

TPS76933

SPI

Minimum BOM:

• LPRF Système sur Puce or

MSP430 MCU + transmetteur RF

• Antenne (PCB) & Composants d’adaptation RF

• Alimentation à batterie ou autre

Composants additionnels :

• CC259x extendeur de portée

• Antenne externe (flexible (whip) ou monopuce (chip)) pour une meilleure performance RF

*ZigBee network processor

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La famille TMS430 : Périphériques intégrés

• Choix varié

CAN 10/12 bits SAR, 16 bits Sigma Delta

CNA 12 bits

Comparateur analogique

Contrôleur LCD

Moniteur d’alimentation

Amplificateurs opérationnels

Temporisateurs à 16 et 8 bits

LDO/PMM

RF

Chien de garde

UART/LIN

I2C

SPI

IrDA

USB

Multiplieur en matériel

Contrôleur DMA

Capteur de température

Horloge temps‐réel


MSP430F5438A Block Diagram

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Traduit et adapté de l’anglais 23

La famille TMS430 : L’espace d’adressage

• Distribution uniforme:– Couvre la mémoire (RAM et Flash/ROM), les registres spécialisés (SFRs), les

registres dédiés aux périphériques et les vecteurs d’interruption.

– Carte :Memory Address Description Access

End: 0FFFFhStart: 0FFE0h

Interrupt Vector Table Word/Byte

End: 0FFDFh Flash/ROM

0F800h Start *:01100h

Word/Byte

010FFh End *:0107Fh Information Memory

Start: 01000h (Flash devices only) Word/Byte

End: 0FFFhStart: 0C00h

Boot Memory (Flash devices only) Word/Byte

09FFh End *:027Fh RAM

Start: 0200h Word/Byte

End: 01FFhStart: 0100h

16-bit Peripheral modules Word

End: 00FFhStart: 0010h

8-bit Peripheral modules Byte

End: 000FhStart: 0000h

Special Function Registers Byte

Traduit et adapté de l’anglais 24

La famille TMS430 : sources d’interruption

• Vecteurs situés en haut de l’espace mémoire (16 deniers mots de la mémoire Flash/ROM): 0FFE0h ‐ 0FFFEh ;

• La priorité de service est implicite en partant de la plus haute adresse

Reset

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Kits de démarrage (Launchpad)

Embedded Emulation

6-pin eZ430 Connector

Part and Socket

Crystal Pads

Power Connector

Reset ButtonLEDs and JumpersP1.0 & P1.6

P1.3 Button

Chip Pinouts

USB EmulatorConnection

Famille G2x

•16kB Flash• 512B RAM• 2 Timer_A3’s• 8 Ch. Comp_A+• 8 Ch. ADC10• USCI

• <10 $, livraison incluse (4.30$ à l’origine!)

• Design largement inspiré de l’Arduino


Kits de démarrage plus avancés

MSP430F5529 (~13$) MSP430FR6989 (~22$)

• Plus de muscle, de mémoire et de périphériques

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Booster packs

• Modules qui s’enfichent sur le Launchpad et permettent d’augmenter sa fonctionnalité

– Permettent le prototypage et la validation rapides

– Inspirés des shields de l’Arduino

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• Le MSP430 USB stick peut servir à concevoir des projets à base de microcontrôleurs F2012 et F2013

• Un projet peut être développé comme système autonome ou comme partie d’un système plus grand en y intégrant le circuit imprimé détachable contenant le microcontrôleur

• Le port USB fournit suffisamment d’énergie pour opérer le MSP430

• 20 $!

Kits de démarrage eZ430‐F2xx 1/2


• Toutes les 14 broches d’entrées/sorties du microcontrôleur MSP430F2013 sont accessibles sur le circuit imprimé détachable

• Une des broches d’e/s est reliée à une diode LED,

• Caractéristiques du microcontrôleur MSP430F2013 et périphériques intégrés :

– Performance de 16‐MIPS

– Convertisseur A‐N Sigma‐Delta avec 16 bits de résolution

– Compteur/temporisateur de 16 bits

– Temporisateur de surveillance (« Watchdog timer »)

– Détecteur de sous‐tension d’alimentation (« Brownout detector »)

– Module sériel synchrone supportant SPI and I2C

– 5 modes d’opération à faible courant (0.5 μA en mode standby)

Kits de démarrage eZ430‐F2xx 2/2

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Kits de démarrage eZ430‐RF2500 1/2• Outil de développement pour le microcontrôleur MSP430F2274 et le

transmetteur sans fil 2.4 Ghz CC2500;

• Circuit imprimé cible Z430‐RF2500T détachable : peut être utilisé seul, intégré dans un système, ou avec l`interface de débogage USB;

• Peut communiquer avec un PC par le biais du UART intégré dans le MSP430.

• Alimentation autonome ou via le port USB

• 50 $


Kit de démarrage eZ430‐RF2500 2/2

• Performance de 16‐MIPS;

• Convertisseur A‐N à approximations successives avec 10 bits de résolution et fréquence d`échantillonnage jusqu’à 200 ke/s

• Compteur/temporisateur de 16 bits

• 2 amplificateur opérationnels intégrés

• Compteur/temporisateur de 16 bits

• Chien de garde (« Watchdog timer »)

• Module sériel universel supportant UART/LIN, (2) SPI, I2C, or IrDA

• Taux de transfert de données programmable jusqu’à 500 kb/s

• 5 modes d’opération à faible courant (0.7 μA en mode standby)

• Transmetteur RF 2.4‐GHz externe (CC2500)

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MSP‐EXP430F5438• Easy power select

– USB, JTAG, Battery

• USB communication

• Microphone

• Filtered PWM audio output

– Active, selectable gain

– Headphone compatibility

• 2‐axis accelerometer

• Dot‐matrix LCD (138x110)

– Integrated backlight

• 1 x 5‐direction switch

• 2 x push‐button switches

• RF Interface

– CCxxxx EVMs

– EZRF I/F (6 & 18‐ pin)

Please ensure 2 x AA batteries are in place on the back of the board

Load your F5438A into the socket in the appropriate orientation

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• Connector for CC1100/CC1101/CC2500/CC2420 EMs

• Includes support for the CC2480 ZigBee Processor

• SW examples and function library available at www.ti.com/ccmsplib

MSP-EXP430FG4618

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Et plus encore… Le kit chronos permet de faire du

développement à base de 5xx tout en ayant une montre, un altimètre, un thermomètre, un compteur de rythme cardiaque et un transmetteur sans-fil quant on ne s’en sert pas!

8 ans d’autonomie de batterie avec un cycle d’éveil de 5%

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Traduit et adapté de l’anglais36

Development de code

• Demande un ordinateur hôte et une carte contenant le microcontôleur cible

• Un environnement de développement logiciel

– Code Composer Studio (basé sur Eclipse)

– IAR

– GNU…

Development environment Target processor

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Cycle de développement logiciel

Compilateur

Editeur de liens

Fichier c Fichier c Fichierasm

Fichier de code object



Fichier de code exécutable

Assembleur

Librairie

Phase de codage par l’hôte

Débogueur

Phase de validation dans la cible

• Demande des logiciels qui s’exécutent sur un ordinateur hôte– Compilateur et assembleur

pour le MCU ciblé

– Éditeur de liens pour générer le code exécutable final du MCU ciblé

– Débogeur pour surveiller l’exécution sur le microcontrôleur

• L’exécution peut aussi être simulée sur l’hôte


EDITOR

ASSEMBLER

LINKER

LOCATOR

HEX Conversion

source file (*.s)

relocatable object file (*.o)

relocatable linked object file

absolute executable file (*.axf)

list file (*.lst)

linker map file (*.map)

locator map file (*.map)

Other object filesfrom assembler

or HLL compilers

Target

Exemple de processus global de génération de code

• Des fichiers intermédiaires sont générés

• Des fichiers d’information sont aussi générés

• Un fichier de configuration est aussi requis pour l’éditeur de liens

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Exécution du code généré

EDITOR

ASSEMBLER

LINKER/LOCATOR

ADuC7026Simulator

source file (*.s)

relocatable object file (*.o)

absolute executable file (*.axf)

ULink JTAG Pod

list file (*.lst)

map file (*.map)

Other object filesfrom assembler

or HLL compilers

ADuC7026Hardware

HEXconversion

DeviceProgrammer

JTAG PODDevice Simulator

Target hardware

Target Device

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