XCORE 프로세서 프로그래밍

머리말



본 교재는 멀티코어 프로세서 중 하나인 XMOS사의 XS1 계열프로세서를 위한 새로운 언어인 xC를 다룬 것이다. XS1 프로세서는 UART, SPI 등의 주변장치모듈을 기본적으로 내장하고 있는 범용 MCU와 달리 이 프로세서는 이러한 모듈을 내장하고 있지 않다. 대신에 하드웨어적으로 병렬처리 가능한 최대 32개의 태스크를 활용하여 범용 또는 특수기능을 수행할 수 있는 하드웨어 기능모듈을 일반 C와 xC언어를 병행 사용하여 소프트웨어로 설계할 수 있다. 이러한 설계기법이 적용되는 프로세서를 Software Defined Silicon이라고 한다.



이러한 설계과정은 하드웨어개발자가 마치 FPGA기반에 Verilog/ VHDL로 설계하는 것과 유사하다. 하지만 Verilog가 일종의 어셈블리 수준이라면 본 교재에서 다루는 xC언어는 C와 같은 고급언어 수준이라고 할 수 있다. 따라서 Verilog 대신에 C 언어와 같은 고급언어프로그래머가 하드웨어개발자로 자신의 능력을 확장하고자 할때 본 교재에서 다루는 xC언어는 아주 유용한 도구임에 분명하다.



본 교재는 xCore프로세서기반의 Audio/Video Bridging(AVB) 시스템개발과정에서 확보된 각종자료 및 코드를 기반으로 작성된 것이다. 1장에서 3장까지는 프로세서의 특징과 기능, 개발환경구축, 타겟보드인 Cusco보드의 구성 등을 다루었다. 이어 4장부터 8장까지는 xC언어의 기본적인프로그래밍기법, 타이머 및 클럭모듈의 활용, 똑똑한 포트의 다양한 활용, 그리고 태스크간 데이터전달을 위한 채널 등을 다양한 예제를 통해 소개하였다. 이후 9장부터 15장에서는 UART, SPI, I2C, I2S, 이더넷 등의 범용하드웨어 모듈과 자동차내부제어버스방식인 LIN과 CAN의 동작원리 및 관련하드웨어모듈의 설계를 위한 예제를 다루었다.



참고로 본 교재에 포함된 프로그램코드는 xC언어의 이해를 돕기 위한 예에 불과하다. 뛰어난 개발능력을 가진 독자들은 이를 참조하여 보다 완벽한 기능을 수행할수 있도록 새롭게 설계하는 것이 바람직 할 것이다.



이러한 Software Defined Silicon 기반의x Core프로세서는 설계자의 의도에 따라 다양한 하드웨어기능을 지원할 수 있으므로 국방, 운송, 항공분야 등에 활용되는 비표준 또는 특수용도의 하드웨어모듈에 대한 재설계 및 성능 향상시 널리 활용될 수 있다고 판단된다. 특히 소프트웨어분야에서 하드웨어분야로 자신의 능력을 확장하고자하는 엔지니어에게 아주 요긴 할 것이다. 마지막으로 본교재 준비과정에서 도움을 준 조운희, 강재원, 이용희군에게 고마움을 표한다.



2014. 가을





윤종호

제 1 장 HelloxCORE



1.1 xCORE멀티코어프로세서 11

1.2 XS1 MCU의내부구조 13

1.3 XC 언어와개발환경18

1.4 기존 MCU와의비교 (참고) 22

1.5 FPGA와 XMOS의비교 (참고) 24

1.6 Arduino와xCore의비교 (참고) 25

1.7 xSOFTip와 XE Community 27

1.8 응용분야29

1.9 본교재의구성32



제 2 장 Hello World



2.1 Hello 33

2.2 개발환경33

2.3 xTIMEcomposer IDE 설치35

2.4 시뮬레이터기반의Hello World 실행35

2.5 평가보드상에서의Hello World 실행42

2.6 Breakpoint를사용한디버깅과정51

2.7 EEPROM에대한 Flash 작업53

2.8 LED Blinking 예제54



제 3 장 Hello Target



3.1 XS1-L16A-128-QF124C10 멀티코어프로세서55

3.2 xCORE의프로세서의내부동작56

3.3 XS1 프로세서의종류 58

3.4 핀과포트58

3.5 PLL 클럭59

3.6 부팅절차59

3.7 내부메모리와 JTAG 60

3.8 타겟보드60

3.9 Cusco 메인보드62

3.10 Cusco 보드의회로 (참고) 67



제4장 HelloxC



4.1 xC언어73

4.2 xC언어와 C 언어의공통점74

4.3 xC언어의고유한특성75

4.4 xC언어의제약사항79

4.5 xC언어고유의이벤트처리함수 : select 80

4.6 시뮬레이션환경을사용한 select문프로그래밍82

4.7 select문의고급이벤트처리기능87

4.8 메모리접근보호기능93

4.9 포인터94

4.10 Aliasing 포인터94

4.11 Restricted 포인터95

4.12 Movable 포인터99

4.13 Unsafe 포인터100

4.14 Runtime 오류와컴파일러의기능102



제 5 장 HelloTimer/Clock



5.1 타이머와클럭블럭105

5.2 타이머106

5.3 타이머의활용110

5.4 클럭블록112

5.5 클럭블록을활용한클럭신호출력113

5.6 외부클럭입력신호의활용115

5.7 포트의 SERDES 기능을활용한클럭생성방법 (참고)116

5.8 타이머와클럭블록을함께사용한예118

5.9 포트카운터의예118



제 6 장 Hello Port



6.1 포트121

6.2 포트의내부구성123

6.3 포트의기본활용125

6.4 입력포트에대한조건적트리거링기능128

6.5 기본적인포트입력과출력프로그래밍130

6.6 기본적인포트입력과출력프로그래밍131

6.7 외부클럭에동기된입력기능132

6.8 timestamped출력과 timed 출력기능133

6.9 timestamped입력기능135

6.10 timed 입력기능136

6.11 Buffered 포트137

6.12 직렬화입력기능140

6.13 병렬화입력기능( Deserialization기능)144

6.14 Strobed포트기능145

6.15 Cusco 보드상에서의포트활용151



제 7 장 Hello Task

7.1 Task 157

7.2 xC Task 158

7.3 par 구문160

7.4 태스크의복제( Replicated par) 162

7.5 태스크간의동기163

7.6 Task의배치164

7.7 'F티타일프로그래밍169



제 8 장 Hello Channel



8.1 태스크간의통신연결171

8.2 채널171

8.3 Streaming 채널176

8.4 채널활용예 : Tic Toc 180

8.5 채널활용의예 :하드웨어기반의 User Interface설계182

8.6 인터페이스연결186

8.7 인터페이스를통한역방향데이터전달190

8.8 인터페이스를통한다양한데이터전달방법192

8.9 서버측에서클라이언트로의통지기능: [[notification]] 속성195

8.10 인터페이스연결의추가기능196

8.11 인터페이스형연결을사용한

BUFFERD RECEIVER 설계 (참고) 198



제 9 장 Hello UART



9.1 비동기전송201

9.2 UART의기능202

9.3 UART의구조203

9.4 UART의세부동작204

9.5 상용 UART 칩의기능205

9.6 UART와 RS232 208

9.7 xCORE기반의 UART 모듈설계211

9.8 수신전용 UART 프로그래밍213

9.9 2개의태스크를사용한self_tx_rx UART 모듈215

9.10 3개의태스크를사용한loopback_tx UART 설계216

9.11 인터페이스연결을사용한loopback_tx UART 설계218

9.12 1개의태스크로동작하는 UART 프로그래밍220

9.13 Simple UART 프로그래밍222

9.14 xSOFTip브라우저를이용한Simple UART

Loopback Example Import 방법 (참고) 226



제 10 장 HelloSPI



10.1 SPI231

10.2 SPI 버스의구성233

10.3 SPI 동작절차234

10.4 SPI의 4가지동작모드237

10.5 SPI 슬레이브칩238

10.6 SPI 마스터모듈설계240

10.7 SPI 마스터모듈프로그래밍241

10.8 SPI 보드설계245

10.9 App_spi_tc77_master 프로그래밍248



제 11 장 Hello I2C



11.1 I2C 버스249

11.2 I2C시스템의구성250

11.3 I2C 신호방식250

11.4 I2C 메시지의구성251

11.5 기본동작절차252

11.6 Repeat-Start 또는Restart Condition 254

11.7 I2C의동작255

11.8 I2C 버스지원장치및회로256

11.9 I2C의활용259

11.10 I2C 모듈설계260

11.11 I2C 지원보드설계264

11.12 LM75 I2C 온도센서267



제 12 장 Hello I2S



12.1 직렬디지털오디오전송방식271

12.2 I2S(Inter-IC Sound) 직렬쌍방향스테레오오디오버스272

12.3 WM8731 I2S dheldh코덱274

12.4 CS2300-CP 클럭생성기275

12.5 I2S시스템설계276

12.6 I2S aster 모듈설계278

12.7 I2S aster 모듈설계프로그래밍279



제 13 장 Hello Ethernet



13.1 100Mbps급이더넷287

13.2 이더넷프레임289

13.3 이더넷파라미터292

13.4 Media Independent Interface(MII)와SMI 293

13.5 MII 데이터인터페이스295

13.6 SMI(Serial Management Interface) 298

13.7 MII 관리용인터페이스(SMI)의동작절차299

13.8 PHY 내부레지스터301

13.9 AVB 기술309

13.10 Ethernet_full모듈과 lite 모듈309

13.11 Simple Ethernet 모듈311



제 14 장 Hello Ethernet



14.1 자동차내통신망의특성과종류325

14.2 LIN 시스템의구성과계층구조326

14.3 LIN의물리계층329

14.4 LIN 시스템의동작절차331

14.5 Diagnostic 프레임336

14.6 기타프레임338

14.7 동작절차의종류338

14.8 LIN의추가기능340

14.9 LIN의오류감지및보고절차343

14.10 실시간전송기능344

14.11 LIN 관련제품345

14.12 LIN 마스터하드웨어설계348

14.13 LIN 마스터모듈프로그래밍349

14.14 LIN 슬레이브모듈설계 (참고) 362



제 15 장 HelloCAN



15.1 CAN 버스367

15.2 CAN 시스템의구성367

15.3 CAN 물리계층370

15.4 CAN 2.0A 프레임형식373

15.5 CAN 메시지의예377

15.6 CAN 2.0B 프레임형식378

15.7 CAN 데이터링크계층380

15.8 CAN 버스중재절차382

15.9 CAN 주소지정방식과메시지우선순위 384

15.10 비트동기 385

15.11 CAN의동작절차387

15.12 CAN의오류감지및처리기능389

15.13 일반적인내장 CAN 모듈의구성과동작392

15.14 기타 CAN 규격 396

15.15 SN65HVD1050 CAN 트랜시버397

15.16 CAN 하드웨어모델설계398

15.17 SC_CAN 모듈400

15.18 CAN 송신모듈프로그래밍401

15.19 CAN 수신모듈프로그래밍 409

윤종호