Chapter 7. Device control

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[임베디드 레시피 요약 및 정리] Chapter 7. Device control

 

[※] 이번 chapter에서는 지금까지 여러 차례 언급했던 각 device 및 HW를 어떻게 제어할 수 있는지에 대해 배워봅시다.

1. Device control

[※] 작은 것부터 큰 것까지 순서대로 register → memory → memory controller —> LCD(peripheral device)를 제어하는 방법에 대해 알아봅시다.

Device는 MCU 외부에 달려있는 IP를 의미하며, 대략 아래와 같은 구성과 흐름으로 이뤄진다.

• CS핀 (Chip select) : 이 device를 사용하겠다고 활성화시키는 역할을 하는 핀으로 CE(Chip Enable)핀이라고 표기되기도 한다. CS/로 표기되는데, 슬래시는 ‘low active’라는 뜻이다. 따라서 이 device를 사용할 때는 0을 입력해야 한다.
• Data핀 : 양방향 핀으로 명령어 또는 데이터를 주고받는 용도로 사용하는 핀이다. 여러 개의 핀으로 구성될수도 있고, I2C/ SPI 등으로 한두가닥의 bus로 구현될 수도 있다.

1. CS를 low로 만들어서 ‘널 쓸거야’ 라고 알려준다.
2. Data핀으로 slave에게 command sequence를 보내서 명령한다.
3. Data핀으로 device는 제대로 수신했고 ready 상태임을 master에게 알려준다.
4. Data핀으로 데이터를 쓰거나 읽는다.
5. CE를 high로 만들어서 사용을 종료한다.

1.1. Register

레지스터 설정은 1) 레지스터의 주소에 접근, 2) 값을 쓰거나 읽음 2가지로 구성돼있다.

• SW적으로는 굉장히 간단하지만, 내부 과정에는 복잡한 HW 과정이 포함돼있다.
• SW 개발자 입장에서는 내부 latch 제어 과정까지는 자세히 알지 못해도 괜찮다.
• 하지만, 주의할 점은 레지스터는 부분 접근이 불가하다는 점이다.
  • 예를 들어, 0x12345678에 있는 32-bit 레지스터 A가 있다고 가정하자.
  • A의 12번째 bit인 A[11]에 접근하기 위해 1-byte 뒤인 0x12345678 + 0x1에 접근해서는 안 된다.
• 왜냐하면, ‘memory mapped I/O’라는 개념에 의해 레지스터든, 메모리든, 외부 peripheral이든 모두 메모리에 접근하듯 align된 주소를 통해 접근 및 제어가 가능하기 때문이다. Memory mapped I/O란, 레지스터와 외부 I/O controller 등을 특정하는 주소를 메모리의 일부 영역에 할당해서 별다른 조치를 취하지 않고도 메모리를 제어하듯 레지스터와 외부 장치를 제어하는 기능을 말한다. 따라서 레지스터, 메모리, I/O peripheral 모두 특정 address에 접근하는 것으로 제어할 수 있다.

1.2. Memory & Memory controller

• ARM core와 memory 사이에는 양방향 데이터 흐름을 제어하는 controller가 있다.
• 메모리도 위에서 배운 device 동작과정과 거의 동일한 과정을 거쳐서 제어할 수 있다.
  1. CS를 low로 만들어 enable 한다.
  2. OE(Output Enable)을 low(read) 또는 high(write)로 만든다.
  3. Address line에 읽거나 쓰기를 원하는 주소를 지정한다.
     • ([※] 보통 여기에 ALE (Address Latch Enable) 이라는 핀이 있어서, OE와 address가 준비되면 권총 트리거를 당겨서 쏘듯 slave에게 정보를 보내는 역할을 하는 핀이 추가로 있습니다.)
  4. Data line에 read할 데이터가 뜨거나, write할 데이터를 보낸다.
  5. CS를 high로 만들어 종료한다.
• 위 그림의 메모리는 address line이 26개이므로 2^24 == 64MB이고 data line은 8개이므로 주소당 1-byte를 저장할 수 있는 메모리다.
  • 하지만, ARM core는 address line은 32개, data line도 32개를 가지고 있기 때문에 이런 메모리를 사용하기 위해서는 address line을 24개로, data line은 8개로 바꿔주는 회로가 필요하다.
  • 바로 이 역할을 memory controller가 해준다.
  • Memory controller는 ARM core의 address line의 LSB 24-bit만 사용하고, data line의 LSB 8-bit만 사용해서 메모리에 접근할 수 있도록 도와준다.
  • 만일 메모리를 하나 더 추가하거나 기존 메모리를 변경해서 128MB 구성이 된다면, controller 속의 bus sizer 레지스터를 제어해서 address line의 bit를 1개만 더 사용하도록 만들면 된다.

1.3. LCD

• 지금까지 배운 내용을 토대로 LCD 인터페이스를 제어하는 방법에 응용해보자.
• 어떤 MCP의 datasheet 속 memory map을 확인해보니 address 0x2000_0000부터 3MB 크기가 LCD_CS_N이라는 이름으로 선언돼있었다.
  • _N이라는 접미사가 붙은 것으로 보아 이 device의 CS핀은 low active임을 예측할 수 있다.
  • 3MB이므로 0x2000_0000 ~ 0x202F_FFFF영역이 LCD를 위한 영역임을 알 수 있다.

• 이제 datasheet를 넘겨서 LCD controller에 대한 회로를 설명하는 부분으로 넘어가보자.
  • 이 controller는 특이하게도 address line의 7번 bit를 통해 command/ data 여부를 결정한다.
  • CS와 WD 그리고 RD는 모두 low active이고, 16개의 data line을 주고받는다.
• 위 정보들을 습득했으면 이제 SW개발자는 LCD를 제어할 수 있는 최소한의 정보를 얻은 것이다.

; Command Issue
LDR     R0, #0x20000080 ; A[7] = HIGH
LDR     R1, #0xABCD     ; 명령을 보냄
STR     R1, [R0]

; Data Issue
; Command Issue
LDR     R0, #0x20000000 ; A[7] = LOW
LDR     R1, #0x1234     ; 데이터를 보냄
STR     R1, [R0]

• 어셈블리로 작성하면 위와 같다.
• Address line의 7번 bit를 통해 command를 보낼지, data를 보낼지 결정한다.
• 위 어셈블리를 C언어로 작성하면 아래와 같다. ([※] #define 문 MACRO 테크닉은 3.2절에서 다룹니다.)

#define Main_LCD_Write_cmd (cmd)   (*(volatile word *)(0x200000080) = cmd
#define Main_LCD_Write_data (data)   (*(volatile word *)(0x200000000) = data
 
Main_LCD_Write_cmd (0xABCD);
Main_LCD_Write_data (0x1234);