Thiết kế module xử lý trong thiết bị vô tuyến cấu hình mềm dựa trên công nghệ FPGA

LỜI NÓI ĐẦU
Vô tuyến cấu hình mềm là một lĩnh vực mới cho công nghiệp máy vô
tuyến. Với lợi ích đem lại nó bắt đầu được áp dụng trong những sản phẩm
thương mại và quân sự. Những đề xuất khả năng công nghệ đã cách mạng
hoá việc thiết kế, sản xuất, triển khai và sử dụng những đường vô tuyến.
Vô tuyến có cấu hình mềm bảo đảm tăng tính linh hoạt, mở rộng giới hạn
phần cứng, chi phí thấp hơn và rút ngắn thời gian đưa ra thị trường.
Với những thành tựu vượt bậc trong công nghệ vi điện tử một số hãng
đã cho ra đời các bộ vi điều khiển có khả năng thực hiện những thuật toán
xử lý tín phức tạp, tốc độ cao. Sự ra đời của các bộ xử lý tín hiệu đã đem lại
một bước phát triển có tính nhảy vọt trong nhiều lĩnh vực: ra đa, vô tuyến,
máy tính điện tử… Hiện nay với nhu cầu chuyên dụng hoá, tối ưu (thời
gian, không gian, giá thành), bảo mật… ngày càng đồi hỏi khắt khe nên
việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng
những yêu cầu trên là cần thiết và mang tính thực tế cao. Và trên cơ sở phát
triển từ các PLA công nghệ FPGA đã ra đời. Hiện nay công nghệ FPGA đã
được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị vô tuyến có cấu hình mềm, và nó
đã thay thế được cho một số lượng rất lớn các mạch trong thiết bị vô tuyến
so với trước đây: mạch lọc số, mạch điều chế và giải điều chế… và đặc
biệt là các lõi vi xử lý. Điều đó cho phép những lợi ích rất lớn đặc biệt là
trong lĩnh vực quân sự: kích thước trọng lượng của thiết bị nhỏ, năng lượng
tiêu tốn ít, dễ dàng cho nâng cấp, thay thế …
Mặc dù công nghệ FPGA đã xuất hiện nhưng đối với nước ta nó vẫn
còn mới, do vậy việc làm chủ công nghệ FPGA là cần thiết. Nó không chỉ
có ý nghĩa đối với các lĩnh vực điện tử viễn thông, công nghệ thông tin mà
con có ý nghĩa đối với an ninh quốc phòng. Làm chủ công nghệ FPGA sẽ
cho ta thiết kế những vi mạch riêng, những bộ xử lý riêng với tính mềm
3
dẻo cao và giá thành thấp.
Với lý do trên, tôi thực hiện chọn đề tài của đồ án tôt ngiệp là: “Thiết
kế module xử lý trong thiết bị vô tuyến cấu hình mềm dựa trên công

nghệ FPGA”. Mục đích của đồ án nhằm tìm hiểu, nắm bắt công nghệ của
thiết bị vô tuyến có cấu hình mềm, tìm hiểu và nắm được cách thiết kế một
lõi vi điều khiển trong FPGA, từ đó kết hợp với các công cụ thiết kế và các
thư viện sẵn có để tạo ra một lõi vi điều khiển đa năng có thể phát triển ứng
dụng vào trong thiết bị vô tuyến có cấu hình mềm. Nội dung đồ án gồm 4
chương:
Chương 1: Nghiên cứu về thiết bị vô tuyến có cấu hình mềm, phân
tích những ưu nhược điểm so với các thiết bị vô tuyến truyền thống. Đồng
thời chương này còn đi vào tìm hiểu một số giải pháp cho module xử lý
trong thiết bị vô tuyến cấu hình mềm hiện nay.
Chương 2: Tìm hiểu về cấu trúc phần cứng của các bộ xử lý đa năng
làm cơ sở cho việc thiết kế.
Chương 3: Giới thiệu về công nghệ, cách thiết kế trên FPGA. Khái
quát đặc điểm một số ngôn ngữ lập trình phần cứng.
Chương 4: Mô tả kiến trúc, các thành phần của lõi thiết kế. Kết quả
mô phỏng và kết quả thực hiện trên bo mạch.
Do kinh nhiệm thực tế còn hạn chế nên nội dung của đồ án không
tránh khỏi những thiếu xót. Tôi rất mong sự góp ý, chỉ bảo của các thầy
giáo và các bạn để sản phẩm của đồ án ngày càng hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VÔ TUYẾN CẤU HÌNH MỀM
Hệ thống vô tuyến cấu hình mềm Software Defined Radio (SDR) là
một lĩnh vực mới cho công nghiệp máy vô tuyến. Với nhiều lợi ích đem lại
cho thiết bị vô tuyến nên nó bắt đầu được áp dụng trong những sản phẩm
thương mại và quân sự. Những đề xuất khả năng công nghệ đã cách mạng
hoá việc thiết kế, sản xuất, triển khai và sử dụng những đường vô tuyến.
SDR bảo đảm tăng tính linh hoạt, mở rộng giới hạn phần cứng, chi phí thấp
hơn và rút ngắn thời gian đưa ra thị trường.

Khái niệm vô tuyến cấu hình mềm được Joe Mitola đưa ra những năm
90 của thế kỉ 20. Tên gọi ban đầu của nó là “Software Radio” và ngoài ra
còn có tên gọi khác như “Re-programmable radios” hay “Re-configurable
radios” tức là thiết bị vô tuyến có thể tái cấu hình hay tái lập trình.
1.1 Tìm hiểu vô tuyến cấu hình mềm
1.1.1 Mở đầu về SDR
Thế kỉ 20 đã chứng kiến sự bùng nổ của vô tuyến cấu hình cứng như
là một phương tiện liên lạc cho tất cả các dạng thông tin âm thanh, hình ảnh
truyền qua một khoảng cách dài. Phần lớn các máy vô tuyến cấu hình cứng
có rất ít hoặc không có sự điều khiển bằng phần mềm; chúng được cố định
về chức năng cho phần lớn các dịch vụ người sử dụng. Chúng có tuổi thọ
ngắn và được thiết kế có thể được loại bỏ và thay thế. Với thiết bị vô tuyến
cấu hình xác định (cấu hình cứng) thì chúng được tạo ra cho các chức năng
xác định, công tác ở một số chế độ, dạng cụ thể, trong các điểu kiện cụ thể
nào đó. Thời gian sử dụng của chúng theo đó cũng sẽ ngắn hơn do các linh
kiện sử dụng sẽ hết tuổi thọ, do yêu cầu sử dụng thay đổi nhanh chóng mà
phần cứng chưa thể thay đổi kịp theo. Chính vì lí do đó mà hiện nay các
5
thiết bị thông tin đang được nghiên cứu thay thế để khắc phục các nhược
điểm này.
Phiên bản đầu tiên của hệ thống vô tuyến cấu hình mềm được dùng
cho các ứng dụng quân sự. Đó là hệ thống JSTR (Joint Tactacial Radio
Systems): Hệ thống vô tuyến chiến thuật chung của Bộ Quốc phòng Mỹ.
Các nhà chỉ huy quân đội cần có một hệ thống thông tin thông minh hơn,
hoạt động đa dạng không chỉ ở một tần số, chế độ công tác khác nhau mà
còn phải có mức độ an toàn cao hơn. Thiết bị vô tuyến đó cần phải được
thiết kế để có thể sử dụng linh hoạt trong các điều kiện khác nhau, ở các
quốc gia khác nhau với các tiêu chuẩn không đồng nhất. Chúng có thể kết
nối với các mạng thông tin cơ bản tại quốc gia mà đội quân đó đang triển
khai để tối ưu hoá việc kết nối. Chương trình đó đã có kết quả đầu tiên đó

là sự ra đời của một hệ thống thiết bị vô tuyến chung. Hệ thống JSTR đầu
tiên được thiết kế tương thích với 33 tiêu chuẩn và ngay sau đó là hơn 40
tiêu chuẩn truyền thông khác nhau. Sau thành công của ứng dụng trong
quân sự thì các nhà sản xuất thiết bị, các công ty thương mại thấy đó là một
lĩnh vực mới có thể mang lại lợi nhuận cao hơn nên đầu tư nghiên cứu phát
triển các ứng dụng dân sự của SDR.
Vô tuyến điều khiển bằng phần mềm. Các máy vô tuyến loại này
được xây dựng sử dụng kỹ thuật bán dẫn số hiện đại. Mạch tích hợp bên
trong các máy vô tuyến điều khiển bằng phần mềm cho phép kiểm soát giới
hạn các chức năng được thể hiện bằng phần mềm. Ví dụ các chức năng
kiểm soát bao gồm lập trình lại tần số, thay đổi các khoá mật, các phím và
chuyển mạch có thể lập trình được. Tuy nhiên, các vô tuyến loại này không
thể thay đổi các dạng điều chế hoặc băng tần hoạt động. Hầu hết các máy
vô tuyến hiện đại ngày nay có thể được phân loại như là các máy vô tuyến
được điều khiển bằng phần mềm.
6
SDR là một giao diện vô tuyến trong đó nhiều chuẩn mực thông tin vô
tuyến được tích hợp lên một hệ thống thiết bị thu phát đơn lẻ. Trong một
SDR, phần lớn các khối chức năng bao gồm các khối xử lí tín hiệu tần số
vô tuyến được thực hiện bằng một module phần mềm và một khối xử lí tốc
độ cao. Bằng cách này, một cấu trúc phần cứng có thể hỗ trợ đa chuẩn mực
liên lạc vô tuyến mà không phải thay thế phần cứng. Trong SDR, xử lí
trung tần số là cần thiết vì rất khó cho các mạch tương tự xử lí trung tần hỗ
trợ tất cả các chuẩn mực cho các thiết bị vô tuyến khác nhau. Trước các
yêu cầu về đa mục đích sử dụng của các thiết bị hiện nay và nhu cầu nâng
cấp thiết bị đơn giản thì SDR là một sự đáp ứng tốt nhất.
Vô tuyến cấu hình mềm nhìn chung liên quan tới một máy vô tuyến
mà sự linh hoạt của nó nhận được thông qua phần mềm trong khi sử dụng
nền tảng phần cứng tĩnh. Mặt khác, một vô tuyến mềm bao hàm một vô
tuyến cấu hình hoàn toàn mà có thể được lập trình bằng phần mềm để tái

cấu hình phần cứng vật lí. Nói cách khác, cùng một loại phần cứng có thể
được thay đổi để biểu diễn các chức năng khác nhau tại các thời điểm khác
nhau, cho phép phần cứng phù hợp với những ứng dụng. SDR khác với vô
tuyến được điều khiển bằng phần mềm là các chip DSP được sử dụng để
tạo ra rất nhiều các kiểu điều chế, các bộ lọc, và các giao diện không gian.
SDR sử dụng thiết bị số có khả năng lập trình được, thực hiện xử lý tín hiệu
cần thiết để truyền và nhận thông tin băng gốc tại tần số vô tuyến. Những
thiết bị như là bộ xử lý tín hiệu số DSP, các FPGA sử dụng phần mềm cung
cấp cho chúng chức năng xử lý tín hiệu được yêu cầu. Những đề xuất công
nghệ mềm dẻo hơn và sản phẩm được sử dụng dài hơn, hệ thống vô tuyến
có thể được nâng cấp rất có hiệu quả về chi phí với phần mềm. Như vậy ta
có thể chỉ ra một số lợi ích của vô tuyến cấu hình mềm như sau:
+ Đa chức năng
7
+ Tính gọn nhẹ và hiệu quả năng lượng
+ Đơn giản trong sản xuất
+ Nâng cấp đơn giản
Một thách thức cho SDR là sự tương thích giữa tính hiệu quả của
những giải pháp phần cứng và sự linh hoạt của phần mềm có thể đưa ra.
Tính hiệu quả có thể được đo bởi hiệu quả của bit tin, năng lượng tiêu thụ
cho 1 bit, lượng vật lý tiêu thụ trên một bit thông tin. Tuy người sử dụng sẽ
không cần biết công nghệ nằm bên trong hệ thống vô tuyến nhưng lại mong
muốn hiệu quả cao hơn, linh hoạt hơn, và trí tuệ hơn. Trong khi đó, việc
chế tạo phát triển những ứng dụng của vô tuyến cấu hình mềm được bảo
đảm bởi máy tính, phần cứng xử lý tín hiệu và hoàn tất việc phát triển trong
một môi trường thống nhất sử dụng một ngôn ngữ bậc cao.
Một máy vô tuyến mà có một bộ vi xử lý hoặc bộ xử lí tín hiệu số
không nhất thiết là một máy vô tuyến phần mềm. Tuy nhiên, một máy vô
tuyến cấu hình mềm có bộ điều chế, bộ sửa lỗi, bộ mã hoá được kiểm soát
và có thể được lập trình lại. Định nghĩa tốt nhất về vô tuyến cấu hình mềm

đó là một máy vô tuyến mà được định nghĩa một cách đầy đủ bằng phần
mềm và hành vi lớp vật lí của nó có thể biến đổi một cách sâu sắc thông
qua thay đổi phần mềm của nó. Mức độ tái cấu hình được xác định bởi một
sự tương tác phức tạp giữa số lượng các thành phần chung trong kiến trúc
vô tuyến, bao gồm sự xây dựng các hệ thống, các hệ số kiểu anten, chế độ
điện RF, xử lí băng gốc, tốc độ, mức độ tái cấu hình của phần cứng.
Thiết bị SDR cho phép người sử dụng thay đổi các đặc tính thu phát
như là kiểu điều chế, sự hoạt động băng rộng và băng hẹp, công suất phát
xạ, và các giao diện không khí bằng thay đổi phần mềm mà không cần thay
thế bất cứ phần cứng nào. Các thiết bị truyền thống được dựa trên phần
8
cứng chuyên môn hoá như là Transistor và các mạch tích hợp. Trong các
thiết bị vô tuyến hiện đại hơn, các chip xử lí tín hiệu số được sử dụng để
biến đổi tương tự thành số và số thành tương tự của máy phát vô tuyến.
Một bộ xử lí tín hiệu số thời gian thực có thể thay đổi chức năng của nó
bằng cách thực thi các thuật toán phần mềm khác nhau.
Những tiến bộ gần đây trong thiết kế và sản xuất chip sẽ cho phép các
chip xử lý tín hiệu tiến bộ hơn có khả năng hỗ trợ đa chức năng. Điều này
là do sự phát triển liên tục trong các kĩ thuật chế tạo để tạo thành các thành
phần chip có kích thước cực nhỏ, do đó tạo ra các chip tích hợp nhiều chức
năng hơn. Các thiết bị SDR sẽ tận dụng những tiến bộ của các chip tiên tiến
này để có thể thực hiện đa chức năng.
Sự phát tiển bùng nổ gần đây nhất của thông tin vô tuyến được gây ra
bởi điện thoại di động tế bào và một nhân tố chủ yếu là sự đầu tư vào SDR.
Thế kỷ 21 nhận thấy chắc chắn sự phát triển của thông tin vô tuyến và vai
trò của vô tuyến cấu hình mềm tăng lên đáng kể.
1.1.2 Kiến trúc hệ thống vô tuyến cấu hình cứng truyền thống
Để đánh giá về vô tuyến cấu hình mềm đầu tiên ta xem xét kiến trúc
vô tuyến phần cứng truyền thống.
Các máy vô tuyến loại này rất nặng nề nhưng bền. Tất cả các thành

phần của máy đều là phần cứng. Các phím, số, và chuyển mạch là phương
tiện duy nhất cho người sử dụng thao tác với máy. Bất kì một sự thay đổi
nào trong tần số hoạt động đòi hỏi sự thay thế vật lí, các thạch anh xác định
tần số hoạt động của máy vô tuyến. Thiết kế này có từ khoảng năm 1930
và phần lớn mỗi gia đình đều có một máy thu siêu ngoại sai nào đó (radio
phát thanh, truyền hình…). Hình 1.1 minh hoạ một máy thu phát chuyển
đổi tần số.
9
Hình 1.1: Kiến trúc hệ thống vô tuyến truyền thống
Tại một máy thu tần số thu từ anten được chuyển xuống tần số trung
gian bởi bộ trộn hoặc nhân tín hiệu đầu vào với một bộ dao động nội đầu
tiên, LO1. Tín hiệu tần số trung gian được lọc và sau đó được trộn xuống
băng tần cơ bản bởi bộ dao động thứ 2, LO2. Tín hiệu điều chế băng gốc
được giải điều chế để thu được thông tin và quá trình biến đổi ngược với
máy phát. Số giai đoạn chuyển đổi phụ thuộc vào tần số làm việc RF và
theo lý thuyết có thể thêm giai đoạn đẩy tần số lên cao nằm ngoài dải tần
làm việc. Máy thu vô tuyến đổi tần tương tự đã trải qua một giai đoạn rất
thành công. Nó được sử dụng nhiều trong thiết bị vô tuyến và sẽ được kéo
dài cho đến những năm tới đây.
1.1.3 Những kiến trúc SDR
SDR là một dạng của bộ phận thu phát trong đó những thao tác của nó
được xác định sử dụng linh hoạt. Cấu hình phần cứng đa dạng được điều
khiển bởi phần mềm. Điều này thường được đề cập dưới dạng những bộ xử
lý tín hiệu băng gốc, tuy nhiên các FPGA, ASIC (chứa phần tử lập trình
được ví dụ như một bộ xử lý nhúng), những mảng xử lý song song đồ sộ và
những kỹ thuật khác luôn được thêm vào. Dù không cần thật chính xác để
được gọi là cấu hình phần mềm thì loại vô tuyến này thường được giả thiết
chung là dải rộng.
Khái niệm thiết bị đầu cuối nhiều băng hay toàn bộ, nói một cách
10

chính xác một mở rộng của khái niệm SDR cơ bản vào trong một thiết bị
vô tuyến có kiến trúc linh động dải rộng. Cách hoạt động không phụ thuộc
vào phạm vi nhiều băng, khả năng thích nghi và cơ bản lập trình lại được.
Với một thiết bị thông tin làm việc với nhiều sóng mang và vì lý do đó việc
mở rộng nguyên lý này tới SDR là một tất yếu.
1. Kiến trúc vô tuyến cấu hình mềm lý tưởng
SDR lí tưởng khác SDR là tất cả các thành phần trong máy vô tuyến
đều được thể hiện bằng phần mềm. Nó được mong chờ sẽ có được sự cải
thiện sâu sắc về chất lượng của toàn bộ hệ thống liên quan tới các thế hệ
SDR đầu tiên. Kiến trúc vô tuyến cấu hình mềm lý tưởng được chỉ ra ở
hình 1.2 bao gồm một hệ thống số và một hệ thống tương tự đơn giản.
Hinh1.2: Vô tuyến cấu hình mềm lý tưởng
Những chức năng tương tự không thể thực hiện được bằng số như là
Anten, bộ lọc RF, bộ phối hợp RF, khuếch đại tuyến thu, khuếch đại công
suất tuyến phát và tạo tần số chuẩn mà thường dẫn tới làm cho thiết kế
cồng kềnh, nhiều anten, và phức tạp trong kiến trúc.
Việc tách sóng mang và chuyển đổi tần số thành băng gốc được thực
hiện bởi phần xử lý số. Tương tự, chức năng mã kênh và điều chế được
11
thực hiện số hoá tại băng tần cơ sở bởi những nguồn xử lý chung.
Phần mềm cho kiến trúc lý tưởng được phân lớp vì thế phần cứng
được tách ra hoàn toàn khỏi phần mềm ứng dụng. Một tầng trung gian đạt
được chức năng bao phủ các đối tượng phần cứng và cung cấp các dịch vụ
cho phép những đối tượng liên lạc được với nhau thông qua một giao diện
chuẩn. Phần trung gian bao gồm hệ thống vận hành, những driver phần
cứng, sự quản lý tài nguyên và ngoài ra còn phần mềm ứng dụng không
chuyên biệt. Sự kết hợp của phần cứng và phần trung gian thường được gọi
là một khung. Những thiết kế SDR tương lai và những khung áp dụng một
API (Application Programming Interface) mở vào phần trung gian sẽ làm
cho việc phát triển những ứng dụng nhẹ nhàng hơn, nhanh hơn và rẻ hơn.

Những nhà phát triển ứng dụng sẽ được giải phóng khỏi những cách thiết
kế để lập trình cho phần cứng bậc thấp cho phép tập trung xây dựng được
một số những ứng dụng phức tạp và mạnh hơn.
Kiến trúc lý tưởng áp dụng tốt cho dịch vụ có tốc độ dữ liệu thấp: vô
tuyến HF và VHF. Kiến trúc lý tưởng có tác dụng như một điểm so sánh
định hướng hoạt động cho sự phát triển phần cứng và phần trung trong
tương lai.
Phần này có tác dụng đưa ra mối liên hệ giữa hệ thống vô tuyến cấu
hình cứng và SDR lý tưởng và tìm ra những cách mà cấu trúc chức năng có
thể thi công được vẽ trên sơ đồ phần cứng thực tế sẵn có.
2. Kiến trúc SDR cơ bản
Với một kiến trúc của DSP lý tưởng tất cả thao tác vô tuyến từ anten
tới giao diện thông tin được thực hiện và được chương trình hoá bởi một
ngôn ngữ phần mềm bậc cao hơn. Sự phát triển của các bộ xử lí tín hiệu số,
các công cụ thiết kế lập trình trên các ngôn ngữ bậc cao cho phép mở ra sự
12
phát triển của các hệ thống SDR thực tế. Khả năng xử lí, tốc độ của hệ
thống được nâng lên trong khi giảm nhỏ rất nhiều kích thước và khối lượng
của thiết bị do các linh kiện có độ tích hợp cao. Phần mềm hệ thống nằm
riêng ra thành một phân hệ con có chức năng xử lí tín hiệu chung từ phần
băng gốc. Sau đó qua chuyển đổi từ dạng số sang dạng tương tự - DAC
sang phần chức năng của phần cứng.
Sơ đồ khối chức năng được thiên về phía hệ thống đa sóng mang tuy
nhiên những nguyên lý và chức năng chính giống như một thiết bị đầu cuối
một sóng mang.
Kiến trúc trong hình 1.3 được đưa vào trong một hệ thống con có cấu
hình cứng và một hệ thống con có cấu hình mềm.
Hình1.3: Cấu trúc đơn giản của máy thu phát SDR
Những chi tiết hệ thống con cấu hình cứng có một vài thành phần vật
lý mức thấp (khuếch đại công suất, biến đổi tương tự-số…) trong khi hệ

thống con mềm có chức năng thuần tuý và không chứa dấu hiệu của những
thiết bị vật lý hoặc những phân chia mức thấp.
Phần cứng có kiến trúc cơ bản với đầu vào tần số vô tuyến băng rộng
13
là một hệ thống con đầy đủ. Sự khác nhau chính của nó là đầu vào hệ thống
vô tuyến là khả năng băng rộng của nó, thiết kế để thay thế những máy thu
tương tự băng hẹp hay những chuỗi chuyển đổi tần số truyền.
Thay vì việc chuyển đổi những sóng mang riêng lẻ tới băng gốc trước
khi kết thúc băng rộng ở đây thực hiện chuyển đổi hay dịch một đoạn của
phổ tần tới tần số trung gian thích hợp.
Hệ thống số có cấu hình mềm bao gồm bộ chuyển đổi tần số số và bộ
xử lý băng gốc. Để nhận được tín hiệu đa sóng mang băng rộng thì mỗi tần
số được chuyển xuống cho bộ xử lý. Những bộ biến đổi xuống cô lập sóng
mang và chuyển đổi nó thành băng gốc trực giao. Sự tạo thành những tín
hiệu cùng pha I và vuông pha Q, giả thiết rằng thực hiện một sơ đồ điều
chế số vuông pha được sử dụng để tạo ra những tín hiệu có biên độ không
đổi . Để giảm công suất đỉnh trên công suất trung bình hoặc tăng độ rộng
băng thông hiệu dụng nhờ truyền nhiều bit hơn trên 1 Hz .
Chức năng chuyển đổi tần số đạt được bởi số bộ dao động được điều
khiển, những bộ nhân, khả năng lọc và loại bỏ những thành phần tự thêm
vào. Hệ thống con có cấu hình mềm có dữ liệu được điều khiển, vì tần số
và thời gian nhận được được suy ra từ những mẫu sinh ra bởi những bộ
biến đổi tương tự tành số và từ số thành tương tự.
Một đặc tính quan trọng trong thông tin số là tốc độ lấy mẫu cần thiết
là một số nguyên của tốc độ Symbol điều chế vì vậy máy thu và máy phát
có thể đảm bao sự đồng bộ. Nếu SDR hỗ trợ đa sóng mang và nhiều tốc độ
Symbol với những bộ dao động nội cố định hiển nhiên rằng chu kỳ lấy mẫu
sẽ không trùng với số nguyên chu kỳ tín hiệu.
Những chức năng sai động là những biến đổi thuận nghịch những
chức năng có được ở nơi thông tin là băng gốc như mã hoá tiến nói, mã

14
kênh, điều chế, chuyển đổi số thành tương tự, khuếch đại công suất trước
khi phát đi. Chức năng DSUM như hình 1.3 là tổng thể sóng mang số để
tạo ra tín hiệu băng rộng đa sóng mang điều đó được xử lý bởi một chuỗi
chuyển đổi tương tự và một bộ khuếch đại công suất đa sóng mang độc lập.
Sự khác nhau chính của kiểu cấu trúc hệ thống này so với các kiểu cấu trúc
đa sóng mang trước đó đó là: thiết kế để thay thế những máy thu tương tự
băng hẹp hay những chuỗi chuyển đổi tần số truyền, trong các máy đa sóng
mang trước đó để làm việc trên các dải tần khác nhau thì phải chế tạo đầy
đủ các thành phần từ đầu đến cuối. Như thế hệ thống sẽ rất cồng kềnh và
phức tạp, trong khi với kiểu cấu trúc băng rộng này mang lại kích thước và
trọng lượng nhỏ hơn nhiểu, hoạt động hiệu quả hơn, tiêu thụ nguồn ít hơn.
Trong việc sử dụng các bộ xử lí tín hiệu số thì SDR có thể thực hiện theo
cách vẫn sử dụng tần số trung tần hoặc không sử dụng tần số trung tần:
điều chế trực tiếp từ tín hiệu băng gốc lên dải tần công tác cỡ hàng GHz.
Trong cấu trúc của một SDR cơ bản thì các phần chuyển đổi ADC,
DAC là có vai trò quan trọng. Yêu cầu với chúng không chỉ là tốc độ
chuyền đổi mà phải có độ chính xác, sai số do lượng tử hoá hay xấp xỉ hoá
phải ở mức chấp nhận được tức là phải có hiệu suất chuyển đổi cao. Ngoài
sử dụng các bộ xử lí tín hiệu số DSP thì cấu trúc cơ bản của một thiết bị vô
tuyến cấu hình mềm SDR còn có các phần chức năng quan trọng khác như:
các mạch cao tần phải đảm bảo độ tuyến tính trên một dải tần rộng, chuyển
chế độ nhanh và khuyếch đại công suất cho nhiều sóng mang khác nhau,
cho các dạng tín hiệu khác nhau, các bộ trộn tần lên/xuống số hoá: DUCs,
DDCs, các bộ lọc số, các mạch cân bằng… cũng cần phải được thiết kế để
đảm bảo yêu cầu hoạt động trên dải tần rộng với sự đa dạng của chế độ
công tác. Phần điều khiển chung và phần lưu trữ cấu hình hệ thống được tổ
chức để thuận tiện cho thay đổi, tác động, nạp phần mềm vào thiết bị nên
15
cần có các giao tiếp chuẩn kết nối được với máy tính để thuận tiện cho

người lập trình. Ví dụ một cấu trúc gồm các thành phần cơ bản:
- Modul chọn kênh.
- Modul điều chế/giải điều chế.
- Modul điều khiển và đặt cấu hình hệ thống.
- Modul tín hiệu băng gốc.
Đa số các phần xử lý tín hiệu có thể được xây dựng trên một FPGA.
Sự tích hợp cao giúp mang lại hiệu quả thiết kế cao hơn, nhanh hơn. Làm
cho thiết bị tuy thêm các chức năng mới nhưng lại có kích thước nhỏ gọn,
linh hoạt. Tăng khả năng thay thế và lắp lẫn nhau. Điều đó mang lại cả hiệu
quả kinh tế và hiệu quả sử dụng cho thiết bị vô tuyến cấu hình mềm.
1.1.4 Ứng dụng của SDR trong thông tin quân sự
Ứng dụng SDR không chỉ đem lại sự hiệu quả khi thiết bị vô tuyến
hoạt động trong các điều kiện đặc biệt, khắc nghiệt, trong môi trường có
nhiễu, tạp âm tác động lớn, điều kiện môi trường truyền sóng phức tạp
đồng thời nó còn mang lại những ứng dụng quan trọng khác trong việc bảo
mật thông tin, dễ dàng thay đổi dạng tín hiệu công tác, dạng điều chế, dải
tần, tốc độ dữ liệu, dạng mã hoá tiếng nói… mà không cần phải lắp đặt,
thay đổi nhiều về phần cứng. Khi cần thay đổi dạng, loại chế độ công tác
chỉ cần thay đổi trong phần mềm. Như thế sẽ đem lại sự hiệu quả cho một
khung phần cứng có sẵn. Nếu bị thất lạc thì ngay cả khi đối phương cố
gắng thử xâm nhập, lợi dụng cũng rất khó vì cấu hình máy không nằm trên
phần cứng mà lại do các phần mềm xác định. Các ưu điểm nổi bật của thiết
bị vô tuyến có cấu hình mềm trong quân sự đó là: Tính an toàn của thông
tin, mã hoá bảo mật, sử dụng linh hoạt, tích hợp nhiều chức năng và chế độ
công tác, khả năng kết nối với máy tính và các mạng thông tin liên lạc khác
16
cao theo các tiêu chuẩn quốc tế. SDR còn cho phép tổ chức mạng thông tin
lớn cho cả hệ thống, trong đó bao gồm nhiều loại phương tiện thông tin cho
các binh chủng khác nhau, cho các dạng thông tin khác nhau.
1.2 Chức năng xử lý trong SDR

SDR là một máy thu phát lý tưởng hoá nhiều mặt, được sử dụng đa
chức năng, cấu hình đa dụng của nó được điều khiển bằng phần mềm. Nó
được nghiên cứu trong những băng tần cơ sở, những công nghệ FPGA,
ASIC (chứa cả những phần tử lập trình được như vi xử lý nhúng), những
mảng xử lý song song lớn và những kỹ thuật khác có thể áp dụng.
Hiện có một loạt những giải pháp về vấn đề xử lý số cho vô tuyến cấu
hình mềm, mỗi cái có đặc trưng và ứng dụng riêng. Sử dụng tái cấu hình
như một phương pháp nâng cấp, cải tiến.
1.2.1 Giải pháp xử lý số cho những ứng dụng
- Những công nghệ FPGA mở rộng. Kiểu xử lý số này được biết đến
như là một máy tính cấu hình được (CMM_configurable computing
machine), thực chất là thêm những khối chức năng đặc biệt hay xây dựng
kiến trúc với một FPGA tiêu chuẩn, như là một phương pháp cung cấp sự
điều chỉnh hay tối ưu hoá cho một thiết bị vô tuyến, phần lớn dùng cho
những ứng dụng máy vô tuyến kích thước nhỏ.
Loại này của bộ xử lý bao gồm một lõi đa năng được thêm vào một
loạt những chức năng tối ưu hoá bộ đồng xử lý hay những nhân. Những
phần tử mới này được tối ưu cho những chức năng xử lý tín hiệu đặc biệt
và cho phép sử dụng những chức năng xử lý tín hiệu vô tuyến, đây là
phương pháp tối ưu hơn so với trường hợp chỉ sử dụng thuần tuý một DSP
đa dụng.
- Những mảng xử lý song song: là một mạng bộ xử lý của một số
17
lượng lớn những vi xử lý được nối bởi liên kết on_chip tốc độ rất cao, mỗi
bộ xử lý có một khả năng xử lý tương đối hạn chế và được gán một phần
bài toán xử lý tín hiệu, ý tưởng của cách tiếp cận này là sử dụng khả năng
xử lý sẵn có một cách hiệu quả.
- Cơ cấu máy tính thay đổi cấu hình (Reconfigurable Computer
Fabric_RCF): Thiết bị RCF là sự cố gắng để cung cấp những lợi ích của
một giải pháp lập trình xử lý tín hiệu. Một thiết bị đơn kết hợp một số lõi

RFC vào trong một nút tính toán. Mỗi RFC chứa những chức năng sau đây:
+ Bộ xử lý RISC với bộ đệm lệnh và dữ liệu.
+ Mảng tính toán thay đổi cấu hình được với 16 cell, mỗi cái chứa:
một khối nhân tích luỹ (multipl accumulate_MAC), những khối toán học,
logic và những khối xử lý và một khối liên kết phức tạp mục đích đặc biệt.
+ Những bộ đệm vào/ra lớn.
+ Bộ điều khiển chuyển đổi DMA nhóm và đơn.
1.2.2 Một số giải pháp xử lý số
1. Garp
Hình 1.4: Kiến trúc Grap
Kiến trúc Grap được thiết kế bởi trường đại học ở California, để sử
dụng với những bộ xử lý đa năng. Nó có mục đích để giải quyết những bài
18
toán thời gian tái cấu hình lớn và dải thông dữ liệu thấp.
Nó truy nhập trực tiếp tới bộ nhớ từ chính lõi thay đổi cấu hình, với
bộ vi xử lý tiêu chuẩn nó có khả năng làm việc 1 triệu lệnh mỗi giây (1
MIP) (mặc dù thiết bị tổng chỉ làm việc với tốc độ đồng hồ là 100MHz).
Thay đổi cấu hình bên trong Grap bao gồm tổ hợp những khối logic
và sự nối dây lập trình được (giống những FPGA). Với những lệnh dịch
chuyển rõ ràng từ bộ xử lý đang được yêu cầu làm chuyển dữ liệu giữa bộ
xử lý và mảng phần cứng.
Mặc dù Grap không được thiết kế rõ ràng cho những ứng dụng SDR,
nhưng nó có nhiều đặc tính mong muốn trong SDR (truy nhập trực tiếp bộ
nhớ, chuyển giao phần cứng tới bộ xử lý thông qua bộ nhớ, giữ những dải
thông vào ra thấp).
2. Mảng chức năng lập trình được theo hàng (Field Programmable
Function Array_FPFA)
Mô hình FPFA hình thành bộ phận của nền tảng phần cứng tái cấu
hình, gồm có những phần tử FPGA và bộ xử lý đa năng. Những phần tử
FPGA được dùng cho những chức năng từng bit (ví dụ tạo mã P-N), bộ xử

lý đa dụng dùng cho những chức năng điều khiển (những vòng lặp if/then,
while/do).
FPGA được sử dụng tính toán bên trong những vòng lặp và những
thao tác DSP cường độ tính toán cao, nó bao gồm một số bộ xử lý.
3. Máy tính thích nghi
Nó có thể được xem xét như một FPGA được tăng cường, trong đó
nó có khả năng dùng mạch logic lập trình để tối ưu hoá những cổng cần
thiết để thực hiện một chức năng xử lý tín hiệu đặc biệt, tuy nhiên không
giống một FPGA nó có thể tái cấu hình một cách nhanh chóng. Nó cũng có
19
khả năng tạo ra một đường dữ liệu tuỳ ý sẽ phù hợp với chuỗi lệnh tối ưu
đòi hỏi để thực hiện một giải thuật đã cho. Thiết kế đường dữ liệu này có
thể được cất giữ trong phần mềm và đợc tải xuống nhanh chóng, do đó sẽ
giảm số chu kỳ thực hiện được yêu cầu đối với nhiệm vụ đã cho.
*Kết luận:
Khi một kĩ sư hoặc một nhà khoa học muốn thiết kế một máy vô
tuyến mới thì họ sẽ nghĩ về SDR hay HDR? Tất nhiên câu trả lời cho câu
hỏi này phụ thuộc vào sự ứng dụng vô tuyến của người thiết kế, yêu cầu về
tính linh hoạt, yêu cầu về sự tiêu thụ công suất, kích thước, cấu trúc, chức
năng và không tốn nhiều tiền để thiết kế một sản phẩn mới. Tuy nhiên với
những ưu việt vượt trội của mình, thì sự lựa chọn SDR là tất yếu.
Với sự phát triển của các bộ xử lí tín hiệu số DSP, các công cụ thiết
kế lập trình trên các ngôn ngữ bậc cao cho phép mở ra sự phát triển của các
hệ thống SDR thực tế. Khả năng xử lí, tốc độ của hệ thống được nâng lên
trong khi giảm nhỏ rất nhiều kích thước và khối lượng của thiết bị do các
linh kiện có độ tích hợp cao. Đa số các phần xử lí tín hiệu có thể được xây
dựng trên một kit FPGA. Sự tích hợp cao giúp mang lại hiệu quả thiết kế
cao hơn, nhanh hơn. Làm cho thiết bị tuy thêm các chức năng mới nhưng
lại có kích thước nhỏ gọn, linh hoạt. Tăng khả năng thay thế và lắp lẫn
nhau. Điều đó mang lại cả hiệu quả kinh tế và hiệu quả sử dụng cho thiết bị

vô tuyến cấu hình mềm.
Với mục đích của đồ án là thiết kế modul xử lý của thiết bị vô tuyến
cấu hình mềm trên FPGA cụ thể là vi điều khiển nhúng trong thiết bị vô
tuyến cấu hình mềm vì vậy chương 2 sẽ tìm hiểu về các thành phần và cấu
trúc của vi điều khiển làm cơ sở cho thiết kế.
20
CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CỦA VI ĐIỀU KHIỂN
SDR là khuynh hướng của thiết bị vô tuyến trong tương lai.
Một thiết bị SDR băng rộng phải có khả năng xử lý dữ liệu tốc độ cao
và tiêu thụ năng lượng ít. Những bộ vi xử lý thay đổi cấu hình được với
những đặc tính của nó cho thấy hứa hẹn với những thiết bị thông tin SDR
băng rộng. Ta có thể phát triển một mạch xử lý tín hiệu sử dụng bộ vi xử lý
thay đổi cấu hình cho những thiết bị SDR và đánh giá được năng lượng tiêu
thụ và những đặc trưng truyền thông của mạch xử lý tín hiệu, xác định
được tiềm năng của những thiết bị SDR đang sử dụng vi xử lý thay đổi
được cấu hình. Chương này nêu ra những nét chính về các thành phần và
cấu trúc của vi xử lý, cụ thể là về kiến trúc các bộ phận được tích hợp trên
chip làm cơ sở để thiết kế bộ xử lý cấu hình được trong FPGA.
2.1 Tổng quan về vi điều khiển 8 bit
Trong nhiều tài liệu thuật ngữ vi xử lý và vi điều khiển thường được
dùng lẫn lộn với nhau. Nhưng về mặt nguồn gốc thì 2 thuật ngữ là phân
biệt với nhau. Bộ vi xử lý là một đơn vị xử lý trung tâm (Central
Processing Unit - CPU) trên một chip riêng lẻ. Trước đây CPU được thiết
kế bằng cách sử dụng nhiều chip với mức độ tích hợp trung bình đến cỡ
lớn. Khi bộ vi xử lý và các mạch hỗ trợ đi kèm, các thành phần I/O ngoại vi
và bộ nhớ (chương trình và dữ liệu) được kết nối với nhau trên một bản
mạch để tạo ra một máy tính nhỏ chuyên dùng để thu thập dữ liệu và các
ứng dụng điều khiển. Khi các bộ phận tạo nên máy tính được xắp xếp trên
môt chip silic thì đó là vi điều khiển. Ngày nay với công nghệ tích hợp cao
thì sự phân định giữa vi xử lý và vi điều khiển là không rõ ràng.

21
2.1.1 Các thành phần cấu tạo của vi điều khiển
Hiện nay có rất nhiều loại vi điều khiển khác nhau, mỗi loại có tập lệnh
và thanh ghi duy nhất nhưng một vi điều khiển thường có các bộ phận khác
nhau.
Hình 2.1: Các thành phần của một vi điều khiển 8 bit
1. CPU
Khối xử lý trung tâm CPU là bộ phận quan trọng nhất của bộ vi xử lý.
Nó thực hiện chức năng tìm nạp các lệnh được lưu trữ trong bộ nhớ chương
trình, giải mã các lệnh này và thực hiện chúng. CPU là sự kết hợp của các
thanh ghi, đơn vị số học và logic (Arithmetic Logic Unit - ALU), bộ giải mã
lệnh và hệ thống mạch điều khiển.
2. Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình chứa tập lệnh để tạo nên chương trình. Để phù
hợp với chương trình lớn trong một số vi xử lý bộ nhớ chương trình được
chia ra thành bộ nhớ bên trong và bộ nhớ bên ngoài. Bộ nhớ chương trình
thường là các loại ổn định như EEPROM, EPROM hoặc flash ROM.
3. RAM
Ram là bộ nhớ dữ liệu của bộ vi điều khiển, vi điều khiển dùng nó để
22
lưu trữ dữ liệu. CPU dùng Ram để lưu các biến cũng như ngăn xếp. CPU
sử dụng ngăn xếp để lưu trữ địa chỉ trở về sau khi hoàn thành một chương
trình con hoặc lời gọi ngắt, nhờ đó CPU có thể tiếp tục thực hiện chương
trình.
4. Cổng nối tiếp
Cổng nối tiếp có tác dụng rất lớn đối với hoạt động của vi xử lý vì
được dùng để truyền thông với các thiết bị ngoài thông qua việc truyền nối
tiếp. Cổng nối tiếp cáo thể làm việc ở bất kỳ tốc độ truyền dữ liệu nào. Nó
nhận byte dữ liệu từ vi xử lý và truyền từng bit ra ngoài và nhận từng bit dữ
liệu bên ngoài gộp 8 bit thành 1 byte đưa vào vi điều khiển. Có 2 kiêu

truyền dữ liệu nối tiếp là truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ. Trong
truyền đồng bộ, mỗi bit dữ liệu cần một tín hiệu xung nhịp đi kèm để thực
hiện đồng bộ, trong khi truyền không đồng bộ thì không cần tín hiệu xung
nhịp. Truyền không đồng bộ thông tin được gói gọn trong chính bit dữ liệu
và được bổ sung các bit start, stop.
5. Cổng vào/ra số
Bộ vi điều khiển sử dụng cổng vào/ra số để trao đổi dữ liệu sô với bên
ngoài. Khác với cổng nối tiếp truyền từng bit, cổng vào/ra số trao đổi dữ
liệu theo từng byte.
6. Cổng vào/ra tương tự
Tín hiệu đầu vào tương tự được xử lý qua một bộ biến đổi tương tự-số
(ADC). Vi xử lý có thể có một ADC hoặc một bộ so sánh tương tự được
điều khiển bằng phần mềm. Bộ biến đổi ADC nhận dữ liệu từ những thiết
bị như bộ cảm biến nhiệt độ, bộ cảm biến áp suất… Các bộ cảm biến này
cung cầp tín hiệu điện dưới dạng tương tự. Tín hiệu đến đầu ra tương tự sau
khi được bộ xử lý bởi bộ biến đổi số/tương tự. Hầu hết các bộ vi xử lý đều
23
có bộ điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulator - PWM), có thể dùng
bộ điều chế này nhận tín hiệu điện áp tương tự nhờ một mạch lọc RC thích
hợp bên ngoài. Tín hiệu DAC thường dùng để điều khiển môtơ, phát âm
thanh…
7. Bộ định thời
Vi xử lý dùng bộ định thời để quy định thời gian các sự kiện, chẳng
hạn xuất dữ liệu ra màn hình với một tần số nào đó. Bộ định thời cũng
được dùng để đếm các sự kiện xảy ra ở bên ngoài cũng như bên trong
(trường hợp này bộ định thời được gọi là bộ đếm).
8. Bộ tạo dao động
Vi xử lý thực hiện chương trình ở một tốc độ nhất định, tốc độ này
được thông qua tần số của bộ tạo dao động. Bộ tạo dao động có thể là một
mạch dao động RC hoặc bộ dao động với bộ phận đồng bộ bên ngoài

(thạch anh, mạch cộng hưởng LC, mạch RC). Bộ tạo dao động bắt đầu
ngay sau khi vi xử lý được cấp nguồn.
9. Bộ định thời Watchdog (WDT_Watchdog Timer)
Là bộ định thời đặc biệt dùng để ngăn ngừa những sự cố phần mềm.
Nó làm tăng giá trị bộ đếm bên trong với một tốc độ đếm nào đó, nếu
chương trình không đặt lại bộ đếm thì bộ đếm sẽ bị tràn và làm cho vi xử lý
sẽ khởi động lại. Chương trình phải được lập trình một cách hợp lý sao cho
WDT được đặt lại một cách đều đặn. Nếu chương trình bị lỗi, nó sẽ không
đặt lại WDT thì hệ thống sẽ khởi động lại.
10. RTC (Real Time Clock)
Đồng hồ định thời gian thực là một bộ định thời đặc biệt có nhiệm vụ
lưu trữ các thông tin về ngày tháng.
24
11. Mạch reset và phát hiện sụt áp nguồn nuôi thấp
Mạch reset đảm bảo tất cả các linh kiện và mạch vi điều khiển bên
trong được khởi tạo về trạng thái thiết lập ban đầu, đồng thời các thanh ghi
cần thiết cũng được khởi tạo khi vi xử lý bắt đầu đi vào hoạt động. Bộ phát
hiện sụt áp nguồn nuôi là mạch giám sát điện áp nguồn nuôi, nếu có sự sụt
áp bất thường nó sẽ reset bộ vi xử lý vì thế không làm sai lệch nội dung của
bộ nhớ và thanh ghi.
2.1.2 Tổ chức bộ nhớ trong vi điều khiển
1. Bộ nhớ chương trình
Vi điều khiển thường có các bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu
riêng biệt. Bộ nhớ chương trình là loại bộ nhớ flash, dung lượng chính xác
của bộ nhớ này khác nhau giữa các bộ xử lý. Bộ nhớ chương trình được
truy nhập theo từng chu kỳ đồng hồ và một lệnh được nạp vào thanh ghi
lệnh. Thanh ghi lệnh nối với tệp thanh ghi bằng cách chọn xem thanh ghi
nào sẽ được sẽ được ALU sử dụng để thực hiện lệnh. Lối ra của thanh ghi
lệnh được giải mã bằng bộ giải mã lệnh để chọn tín hiệu điều khiển nào sẽ
được kích hoạt để hoàn thành lệnh hiện tại.

2. Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu được phân chia thành những loại khác nhau:
- Tệp thanh ghi với 32 thanh ghi độ rộng 8 bit.
- Các thanh ghi vào/ra. Các thanh ghi này thực chất là một phận của bộ
nhớ SRAM trên chip có thể truy nhập nhơ bộ nhớ SRAM hoặc như các
thanh ghi vào/ra.
- Bộ nhớ SRAM trong. Được sử dụng cho ngăn xếp cũng như để lưu
trữ các biến. Trong thời gian có ngắt và gọi chương trình con giá trị hiện tại
25
của bộ đến chương trình đực lưu trong ngăn xếp. Vị trí của ngăn xếp được
trỏ bởi con trỏ ngăn xếp.
2.1.3 Các thanh ghi của vi điều khiển
Tuỳ theo từng loại vi điều khiển mà có số lượng và các loại thanh ghi
khác nhau, nhưng trong mọi trường hợp một số thanh ghi bắt buộc phải có:
- Thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP.
- Thanh ghi cho các cổng.
- Các thanh ghi điều khiển và cho phép ngắt.
- Thanh ghi Timer/Counter.
- Thanh ghi điều khiển nối tiếp.
Ngoài ra trong vi điều khiển còn có thể có một số thanh ghi:
- Thanh ghi điều khiển bộ định thời Watchdog.
- Thanh ghi trạng thái và điều khiển bộ so sánh Analog.
2.1.4 Khái quát về vi điều khiển AVR
Đồ án chọn vi điều khiển AVR làm mẫu thiết kế vì vậy phần này ta sẽ
tìm hiểu những đặc điểm cơ bản của nó.
Các bộ xử lý AVR có kiến trúc Harvard (bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ
chương trình tách biệt nhau).
* Bus dữ liệu dùng cho bộ nhớ dữ liệu là một bus 8 bit cho phép nối
hầu hết các bộ phận ngoại vi với tệp thanh ghi. Bus dữ liệu dùng cho bộ
nhớ chương trình có độ rộng 16 bit và chỉ nối với thanh ghi lệnh.

* Bộ nhớ chương trình được truy nhập theo từng chu kỳ đồng hồ, và
một lệnh được nạp vào thanh ghi lệnh. Thanh ghi lệnh nối vơi tệp thanh ghi
bằng cách chọn xem thanh ghi nào sẽ được ALU dùng để thực hiện lệnh.
26
Lối ra của thanh ghi lệnh được giải mã bằng bộ giải mã lệnh để quyết định
chọn tín hiệu điều khiển nào sẽ được kích hoạt để hoàn thành lệnh hiện tại.
Bộ nhớ chương trình bên cạnh các lệnh lưu trữ, cũng chứa các vectơ
ngắt bắt đầu ở địa chỉ $0000. Chương trình hiện tại sẽ bắt đầu ở vị trí bộ
nhớ phía bên kia vùng dùng cho các vector. Số lượng vector, dung lượng
bộ nhớ chương trình khác nhau giữa các bộ xử lý.
Hình 2.2: Kiến trúc bên trong của vi điều khiển AVR
* Bộ nhớ dữ liệu được phân chia thành những loại khác nhau:
- Tệp thanh ghi với 32 thanh ghi đa năng độ rộng 8 bit.
- Tệp thanh ghi vào ra (I/O) mỗi thanh 8 bit. Các thanh ghi này thực
chất là một phần của bộ nhớ SRAM trên chip và có thể được truy nhập như
bộ nhớ SRAM hoặc như các thanh ghi I/O, hầu hết các thanh ghi này được
trao đổi như các thanh ghi I/O chứ không phải như SRAM.
- RAM trong: Bộ nhớ này có trên hầu hết các vi điều khiển AVR, dung
lượng thay đổi từ 128 byte đến 4 Kbyte.
27