VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128 VÀ CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH FREERTOS

Đồ án tốt nghiệp
Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển chung của công nghệ, lĩnh vực hệ
điều hành đã có những bước tiến dài trong quá trình hình thành và
phát triển của mình. Từ sự khởi đầu đơn giản có bản quyền trên máy
tính cá nhân như Hệ điều hành DOS, tiến lên các phiên bản Windows
như win3.1 rồi win95, win 98 mới đây nhất là hệ điều hành đa
nhiệm thời gian thực Win7, bên cạnh đó phải kể đến các hệ điều hành
mã nguồn mở như Max OS, Linux, Ubuntu hiện nay đã xuất hiện
những hệ điều hành dành cho điện thoại đi động như Windown
Mobile, và đặc biệt trong lĩnh vực điện tử có những hệ điều hành
chuyên biệt cho các chip xử lý như VxWork, uCLinux,FreeRTOS,
OpenRTOS và SAFERTOS Trong đó cần phải nói đến FreeRTOS,
với tính thời gian thực và các ưu điểm đã giải quyết nhiều yêu cầu
trong công nghệ vi xử lý. Để làm rõ điều này, đề tài của em trình bày
3 phần:
PHẦN I : MỞ ĐẦU
PHẦN NÀY TRÌNH BÀY VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ ĐỀ
TÀI NÀY TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
PHẦN II: GIỚI THIỆU HĐH NHÚNG THỜI GIAN THỰC
FREERTOS VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128
1
Đồ án tốt nghiệp
PHẦN NÀY TRÌNH BÀY NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH NÓI
CHUNG VÀ GIẢI THÍCH CÁC KHÁI NIỆM, TRÌNH BÀY VỀ
FREERTOS VÀ VĐK ATMEGA 128
PHẦN III: CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG MINH HỌA
PHẦN NÀY TRÌNH BÀY CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ỨNG DỤNG
TRÊN HĐH FREERTOS
PHẦN IV: CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ
PHẦN NÀY NÊU RA NHỮNG KẾT QUẢ ĐA ĐẠT ĐƯỢC VÀ

ĐÁNH GIÁ CHUNG
2
Đồ án tốt nghiệp
SUMMARY OF RESULTS OF RESEARCH THEMES
Today, with the development of technology, field operating system
has made strides in the process of formation and development of
his. From the beginning simple copyright on personal computer
operating system like DOS, progress on the Windows version as
win3.1 then Win95, Win 98 latest operating system
multitasking real-time Win7, in addition to mentioning that the
open source operating systems like Mac OS, Linux,
Ubuntu now appeared that the operating system for mobile
phones as Windown Mobile, and especially in the field of
electronics is the operating system dedicated to processing chip as
VxWork, uCLinux, FreeRTOS, and OpenRTOS SAFERTOS.
In which need FreeRTOS mention, with real-time and solved
many advantages required in microprocessor technology. To
illustrate this, she presented the topic of three parts:
PART I: TO TOP
PRESENTATION OF THIS SITUATION RESEARCH ON
THIS TOPIC AT HOME AND ABROAD, OBJECTIVES OF
THEMES
3
Đồ án tốt nghiệp
PART II: ABOUT TIME AVAILABILITY OF OS FREERTOS
VI AND CONTROL ATMEGA 128
THIS PRESENTATION AS MANAGER DEVICES AND
EXPLANATION Ò GERENAL CONCEPTS, FREERTOS AND
PRESENTATION OF VDK ATMEGA 128
PART III: THE STEP DESIGN APPLICATIONS Minh Hoa

THIS STEP PRESENTATION OF DESIGN APPLICATIONS
ON OS FREERTOS
PART IV: THE RESULTS OF ASSESSMENT AND DAT
THIS YET ACHIEVED RESULTS AND GENERAL
ASSESSMENT
4
Đồ án tốt nghiệp
PHẦN I : MỞ ĐẦU
I.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
Ngoài nước : đề tài đang được nghiên cứu rất mạnh mẽ có thể nói hệ
thống nhúng được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, rất nhiều mặt hàng từ
các thiết bị cao cấp như vệ tinh, tên lửa, tàu con thoi đến các thiết bị tiêu
dùng như lò vi ba, máy sấy, máy hút bụi…
Thị trường hệ thống nhúng có tiềm năng phát triển vô cùng lớn. Theo các
nhà thông kê trên thế giới thì số chip xử lý trong các máy PC và các
server, các mạng LAN, WAN, Internet chỉ chiếm không đầy 1% tổng số
chip vi xử lý có trên thế giới. Hơn 99% số vi xử lý còn lại nằm trong các
hệ thống nhúng.
Tại Châu Á, Nhật Bản đang dẫn đầu về thị trường nhúng và là một trong
những thị trường phần mềm nhúng hàng đầu thế giới. Đây được coi là thị
trường đầy hứa hẹn với các đối tác chuyên sản xuất phần mềm nhúng như
Trung Quốc, Indonesia, Nga, Ireland, Israel, và cả Việt Nam.
I.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
Trong nước: Hệ thống nhúng mới được quan tâm trong thời gian gần
đây. Các doanh nghiệp làm phần mềm nhúng cũng chưa nhiều, mới có
5
Đồ án tốt nghiệp
một số trung tâm thuộc các trường Đại học Quốc gia, Đại học Bách khoa,
các đơn vị như Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện nghiên cứu Điện tử - Tin
học và Tự động hóa, Tổng công ty Điện tử - Tin học, Công ty thiết bị

Điện tử y tế, Công ty VTC – Truyền hình số mặt đất và một số công ty
phần mềm khác….
Đây là đề tài nghiên cứu khá mới mẻ , đa số vẫn sử dụng phương thức
lập trình đơn nhiệm/ đơn tiến trình trong điều khiển. Cũng đã có một vài
hệ thống điều khiển mà lõi của các hệ thống này chính là các hệ nhúng
được cài đặt hệ điều hành nhúng nhằm phục vụ các ứng dụng điều khiển
đa nhiệm.
I.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Tìm hiểu giải pháp cung cấp các dịch vụ nền cho các ứng dụng điều
khiển. Giảiquyết các nhu cầu xử lý đa nhiệm trong các hệ thống điều
khiển và hệ thống thông tin trong công nghiệp và dân dụng.
6
Đồ án tốt nghiệp
PHẦN II: GIỚI THIỆU HĐH NHÚNG THỜI GIAN THỰC
FREERTOS VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 128
II.1 TỔNG QUAN HỆ ĐIỀU HÀNH
II.1.1KHÁI NIỆM VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH
Hệ điều hành là một chương trình hay một hệ chương trình hoạt động
giữa người sử dụng (user) và phần cứng của máy tính. Mục tiêu của
hệ điều hành là cung cấp một môi trường để người sử dụng có thể thi
hành các chương trình. Nó làm cho máy tính dể sử dụng hơn, thuận lợi
hơn và hiệu quả hơn.
Hệ điều hành là một phần quan trọng của hầu hết các hệ thống máy tính.
Một hệ thống máy tính thường được chia làm bốn phần chính : phần
cứng, hệ điều hành, các chương trình ứng dụng và người sử dụng.
Phần cứng bao gồm CPU, bộ nhớ, các thiết bị nhập xuất, đây là những
tài nguyên của máy tính. Chương trình ứng dụng như các chương trình
dịch, hệ thống cơ sở dữ liệu, các trò chơi, và các chương trình thương
mại. Các chương trình này sử dụng tài nguyên của máy tính để giải quyết
các yêu cầu của người sử dụng. Hệ điều hành điều khiển và phối hợp việc

sử dụng phần cứng cho những ứng dụng khác nhau của nhiều người sử
7
Đồ án tốt nghiệp
dụng khác nhau. Hệ điều hành cung cấp một môi trường mà các chương
trình có thể làm việc hữu hiệu trên đó.
Hình 1.1 Mô hình trừu tượng của hệ thống máy tính
Hệ điều hành có thể được coi như là bộ phân phối tài nguyên của máy
tính. Nhiều tài nguyên của máy tính như thời gian sử dụng CPU, vùng bộ
nhớ, vùng lưu trữ tập tin, thiết bị nhập xuất v.v… được các chương trình
yêu cầu để giải quyết vấn đề. Hệ điều hành hoạt động như một bộ quản lý
các tài nguyên và phân phối chúng cho các chương trình và người sử
dụng khi cần thiết. Do có rất nhiều yêu cầu, hệ điều hành phải giải quyết
vấn đề tranh chấp và phải quyết định cấp phát tài nguyên cho những yêu
cầu theo thứ tự nào để hoạt động của máy tính là hiệu quả nhất. Một
hệ điều hành cũng có thể được coi như là một chương trình kiểm soát
việc sử dụng máy tính, đặc biệt là các thiết bị nhập xuất.
8
Đồ án tốt nghiệp
Tuy nhiên, nhìn chung chưa có định nghĩa nào là hoàn hảo về hệ điều
hành. Hệ điều hành tồn tại để giải quyết các vấn đề sử dụng hệ thống máy
tính. Mục tiêu cơ bản của nó là giúp cho việc thi hành các chương trình
dễ dàng hơn. Mục tiêu thứ hai là hỗ trợ cho các thao tác trên hệ thống
máy tính hiệu quả hơn. Mục tiêu này đặc biệt quan trọng trong những hệ
thống nhiều người dùng và trong những hệ thống lớn(phần cứng + quy
mô sử dụng). Tuy nhiên hai mục tiêu này cũng có phần tương phản vì vậy
lý thuyết về hệ điều hành tập trung vào việc tối ưu hóa việc sử dụng tài
nguyên của máy tính.

II.1.2 PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU HÀNH
II.1.2.1 Hệ thống xử lý theo lô

Bộ giám sát thường trực :
Khi một công việc chấm dứt, hệ thống sẽ thực hiện công việc kế tiếp mà
không cần sự can thiệp của người lập trình, do đó thời gian thực hiện sẽ
mau hơn. Một chương trình, còn gọi là bộ giám sát thường trực được thiết
kế để giám sát việc thực hiện dãy các công việc một cách tự động,
chương trình này luôn luôn thường trú trong bộ nhớ chính.
Hệ điều hành theo lô thực hiện các công việc lần lượt theo những chỉ
thị định trước.
CPU và thao tác nhập xuất :
9
Đồ án tốt nghiệp
CPU thường hay nhàn rỗi do tốc độ làm việc của các thiết bị nhập xuất
(thường là thiết bị cơ) chậm hơn rất nhiều lần so với các thiết bị điện tử.
Cho dù là một CPU chậm nhất, nó cũng nhanh hơn rất nhiều lần so với
thiết bị nhập xuất. Do đó phải có các phương pháp để đồng bộ hóa việc
hoạt động của CPU và thao tác nhập xuất.
Xử lý off_line :
Xử lý off_line là thay vì CPU phải đọc trực tiếp từ thiết bị nhập và xuất ra
thiết bị xuất, hệ thống dùng một bộ lưu trữ trung gian. CPU chỉ thao thác
với bộ phận này. Việc đọc hay xuất đều đến và từ bộ lưu trữ trung gian.
Spooling :
Spool (simultaneous peripheral operation on-line) là đồng bộ hóa các thao
tác bên ngoài on-line. Cơ chế này cho phép xử lý của CPU là on-line, sử
dụng đĩa để lưu các dữ liệu nhập cũng như xuất.
II.1.2.2 Hệ thống xử lý theo lô đa chương
Khi có nhiều công việc cùng truy xuất lên thiết bị, vấn đề lập lịch cho
các công việc là cần thiết. Khía cạnh quan trọng nhất trong việc lập lịch là
khả năng đa chương. Đa chương (multiprogram) gia tăng khai thác CPU
bằng cách tổ chức các công việc sao cho CPU luôn luôn phải trong tình
trạng làm việc .

Ý tưởng như sau : hệ điều hành lưu giữ một phần của các công việc ở nơi
lưu trữ trong bộ nhớ . CPU sẽ lần lượt thực hiện các phần công việc này.
10
Đồ án tốt nghiệp
Khi đang thực hiện, nếu có yêu cầu truy xuất thiết bị thì CPU không nghỉ
mà thực hiện tiếp công việc thứ hai…
Với hệ đa chương hệ điều hành ra quyết định cho người sử dụng vì
vậy, hệ điều hành đa chương rất tinh vi. Hệ phải xử lý các vấn đề lập lịch
cho công việc, lập lịch cho bộ nhớ và cho cả CPU nữa.
II.1.2.3 Hệ thống chia xẻ thời gian
Hệ thống chia xẻ thời gian là một mở rộng logic của hệ đa chương. Hệ
thống này còn được gọi là hệ thống đa nhiệm (multitasking). Nhiều công
việc cùng được thực hiện thông qua cơ chế chuyển đổi của CPU như
hệ đa chương nhưng thời gian mỗi lần chuyển đổi diễn ra rất nhanh.
Hệ thống chia xẻ được phát triển để cung cấp việc sử dụng bên trong của
một máy tính có giá trị hơn. Hệ điều hành chia xẻ thời gian dùng lập lịch
CPU và đa chương để cung cấp cho mỗi người sử dụng một phần nhỏ
trong máy tính chia xẻ. Một chương trình khi thi hành được gọi là một
tiến trình. Trong quá trình thi hành của một tiến trình, nó phải thực hiện
các thao tác nhập xuất và trong khoảng thời gian đó CPU sẽ thi hành một
tiến trình khác. Hệ điều hành chia xẻ cho phép nhiều người sử dụng chia
xẻ máy tính một cách đồng bộ do thời gian chuyển đổi nhanh nên họ có
cảm giác là các tiến trình đang được thi hành cùng lúc.
11
Đồ án tốt nghiệp
Hệ điều hành chia xẻ phức tạp hơn hệ điều hành đa chương. Nó phải có
các chức năng : quản trị và bảo vệ bộ nhớ, sử dụng bộ nhớ ảo. Nó cũng
cung cấp hệ thống tập tin truy xuất on-line…
Hệ điều hành chia xẻ là kiểu của các hệ điều hành hiện đại ngày nay.
II.1.2.4 Hệ thống song song

Ngoài các hệ thống chỉ có một bộ xử lý còn có các hệ thống có nhiều
bộ xử lý cùng chia xẻ hệ thống đường truyền dữ liệu, đồng hồ, bộ nhớ và
các thiết bị ngoại vi. Các bộ xử lý này liên lạc bên trong với nhau .
Có nhiều nguyên nhân xây dựng dạng hệ thống này. Với sự gia tăng số
lượng bộ xử lý, công việc được thực hiện nhanh chóng hơn, Nhưng
không phải theođúng tỉ lệ thời gian, nghĩa là có n bộ xử lý không có nghĩa
là sẽ thực hiện nhanh hơn n lần.
Hệ thống với máy nhiều bộ xử lý sẽ tối ưu hơn hệ thống có nhiều máy có
một bộ xử lý vì các bộ xử lý chia xẻ các thiết bị ngoại vi, hệ thống lưu
trữ, nguồn … và rất thuận tiện cho nhiều chương trình cùng làm việc trên
cùng một tập hợp dữ liệu.
Một lý do nữa là độ tin cậy. Các chức năng được xử lý trên nhiều bộ xử
lý và sự hỏng hóc của một bộ xử lý sẽ không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ
thống.
Hệ thống đa xử lý thông thường sử dụng cách đa xử lý đối xứng, trong
cách này mỗi bộ xử lý chạy với một bản sao của hệ điều hành, những bản
12
Đồ án tốt nghiệp
sao này liên lạc với nhau khi cần thiết. Một số hệ thống sử dụng đa xử lý
bất đối xứng, trong đó mỗi bộ xử lý được giao một công việc riêng biệt
Một bộ xử lý chính kiểm soát toàn bộ hệ thống, các bộ xử lý khác thực
hiện theo lệnh của bộ xử lý chính hoặc theo những chỉ thị đã được định
nghĩa trước. Mô hình này theo dạng quan hệ chủ tớ. Bộ xử lý chính sẽ lập
lịch cho các bộ xử lý khác.
Một ví dụ về hệ thống xử lý đối xứng là version Encore của UNIX cho
máy tính Multimax. Hệ thống này có hàng tá bộ xử lý. Ưu điểm của nó là
nhiều tiến trình có thể thực hiện cùng lúc . Một hệ thống đa xử lý cho
phép nhiều công việc và tài nguyên được chia xẻ tự động trong những bộ
xử lý khác nhau.
Hệ thống đa xử lý không đồng bộ thường xuất hiện trong những hệ thống

lớn, trong đó hầu hết thời gian hoạt động đều dành cho xử lý nhập xuất.
II.1.2.5 Hệ thống phân tán
Hệ thống này cũng tương tự như hệ thống chia xẻ thời gian nhưng các
bộ xử lý không chia xẻ bộ nhớ và đồng hồ, thay vào đó mỗi bộ xử lý có
bộ nhớ cục bộ riêng. Các bộ xử lý thông tin với nhau thông qua
các đường truyền thông như những bus tốc độ cao hay đường dây điện
thoại.
Các bộ xử lý trong hệ phân tán thường khác nhau về kích thước và chức
năng. Nó có thể bao gồm máy vi tính, trạm làm việc, máy mini, và những
13
Đồ án tốt nghiệp
hệ thống máy lớn. Các bộ xử lý thường được tham khảo với nhiều tên
khác nhau như site, node, computer v.v tùy thuộc vào trạng thái làm
việc của chúng.
Các nguyên nhân phải xây dựng hệ thống phân tán là:
Chia xẻ tài nguyên : Một người sử dụng A có thể sử dụng máy in laser
của người sử dụng B và người sử dụng B có thể truy xuất những tập tin
của A. Tổng quát, chia xẻ tài nguyên trong hệ thống phân tán cung cấp
một cơ chế để chia xẻ tập tin ở vị trí xa, xử lý thông tin trong một cơ sở
dữ liệu phân tán, in ấn tại một vị trí xa, sử dụng những thiết bị ở xa đểõ
thực hiện các thao tác.
Tăng tốc độ tính toán : Một thao tác tính toán được chia làm nhiều
phần nhỏ cùng thực hiện một lúc. Hệ thống phân tán cho phép phân chia
việc tính toán trên nhiều vị trí khác nhau để tính toán song song.
An toàn : Nếu một vị trí trong hệ thống phân tán bị hỏng, các vị trí
khác vẫn tiếp tục làm việc.
Thông tin liên lạc với nhau :Có nhiều lúc , chương trình cần
chuyển đổi dữ liệu từ vị trí này sang vị trí khác. Ví dụ trong hệ thống
Windows, thường có sự chia xẻ và chuyển dữ liệu giữa các cửa sổ. Khi
các vị trí được nối kết với nhau trong một hệ thống mạng, việc trao đổi

dữ liệu diễn ra rất dễ. Người sử dụng có thể chuyển tập tin hay các
E_mail cho nhau từ cùng vị trí hay những vị trí khác.
14
Đồ án tốt nghiệp
II.1.2.6 Hệ thống xử lý thời gian thực
Hệ thống xử lý thời gian thực được sử dụng khi có những đòi hỏi khắt
khe về thời gian trên các thao tác của bộ xử lý hoặc dòng dữ liệu, nó
thường được dùng điều khiển các thiết bị trong các ứng dụng tận hiến
(dedicated). Máy tính phân tích dữ liệu và có thể chỉnh các điều khiển
giải quyết cho dữ liệu nhập.
Một hệ điều hành xử lý thời gian thực phải được định nghĩa tốt, thời gian
xử lý nhanh. Hệ thống phải cho kết quả chính xác trong khoảng thời gian
bị thúc ép nhanh nhất. Có hai hệ thống xử lý thời gian thực là hệ thống
thời gian thực cứng và hệ thống thời gian thực mềm
Hệ thống thời gian thực cứng là công việc được hoàn tất đúng lúc. Lúc đó
dữ liệu thường được lưu trong bộ nhớ ngắn hạn hay trong ROM. Việc xử
lý theo thời gian thực sẽ xung đột với tất cả hệ thống liệt kê ở trên.
Dạng thứ hai là hệ thống thời gian thực mềm, mỗi công việc có
một độ ưu tiên riêng và sẽ được thi hành theo độ ưu tiên đó. Có một số
lĩnh vực áp dụng hữu hiệu phương pháp này là multimedia hay thực tại
ảo.
II.2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN ATmega 128

15
Đồ án tốt nghiệp
II.2.1 TỔNG QUAN
Những Tính Năng Chính Của ATmega128:
- ROM : 128 Kbytes
-SRAM: 4Kbytes
-EEPROM : 4Kbytes

- 64 thanh ghi I/O
-160 thanh ghi vào ra mở rộng
-32 thanh ghi đa mục đích.
- 2 bộ định thời 8 bit (0,2).
-2 bộ định thời 16 bit (1,3).
-Bộ định thời watchdog
-Bộ dao động nội RC tần số 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz
-ADC 8 kênh với độ phân giải 10 bit (Ở dòng Xmega lên tới 12 bit )
-2 kênh PWM 8 bit
-6 kênh PWM có thể lập trình thay đổi độ phân giải từ 2 tới 16 bit
-Bộ so sánh tương tự có thể lựa chọn ngõ vào
-Hai khối USART lập trình được
-Khối truyền nhận nối tiếp SPI
-Khối giao tiếp nối tiếp 2 dây TWI
-Hỗ trợ boot loader
-6 chế độ tiết kiệm năng lượng
-Lựa chọn tần số hoạt động bằng phần mềm
16
Đồ án tốt nghiệp
-Đóng gói 64 chân kiểu TQFP.
-Tần số tối đa 16MHz
-Điện thế : 4.5v - 5.5v.
Vi điều khiển AVR do hãng Atmel ( Hoa Kì ) sản xuất được gới thiệu lần
đầu năm 1996. AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny
AVR ( như AT tiny 13, ATtiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ
phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR ( chẳn hạn AT90S8535, AT90S8515,
…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn là dòng Mega
( như ATmega32, ATmega128,…) với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte
đến vài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên
chip, cũng có dòng tích hợp cả bộ LCD trên chip ( dòng LCD AVR ). Tốc

độ của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác. Sự khác nhau cơ
bản giữa các dòng chình là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn như nhau.
Hình 1.2. Đặt biệt, năm 2008, Atmel lại tiếp tục cho ra đời dòng
AVR mới làXmegaAVR, với những tính năng mạnh mẽ chưa từng có ở
các dòng AVR trước đó. Có thể nói XmegaAVR là dòng MCU 8 bit mạnh
mẽ nhất hiện nay.
17
Đồ án tốt nghiệp
Hình1.2 Các dòng AVR khác nhau: Tiny, AVR và Mega
Cấu trúc cơ bản của vi điều khiển AVR được thể hiện ở hình 1.2.
Hình 1.3 Cấu trúc của Vi điều khiển AVR
18
Đồ án tốt nghiệp
II.2.2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ VÀ CỔNG VÀO – RA
1. CẤU TRÚC BỘ NHỚ.
Giới Thiệu:
Bộ nhớ vi điều khiển AVR có cấu trúc Harvard là cấu trúc có đường
Bus riêng cho bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ AVR được
chia làm 2 phần chính: Bộ nhớ chương trình ( program memory ) và bộ
nhớ dữ liệu ( Data memory ).
Bộ Nhớ Chương Trình : Bộ nhớ chương trình của AVR là bộ nhớ
Flash có dung lượng 128 K bytes. Bộ nhớ chương trình có độ rộng bus là
16 bit. Những địa chỉ đầu tiên của bộ nhớ chương trình được dùng cho
bảng véc tơ ngắt. Cần để ý là ở vi điều khiển ATmega128 bộ nhớ chương
trình còn có thể được chia làm 2 phần : phần boot loader ( Boot loader
program section ) và phần ứng dụng ( Application program section ).
Phần boot loader chứa chương trình boot loader. Chương trình
Boot loader là một phần mềm nhỏ nạp trong vi điều khiển và được chạy
lúc khởi động. Phần mềm này có thể tải vào trong vi điều khiển chương
trình của người sử dụng và sau đó thực thi chương trình này. Mỗi khi

19
Đồ án tốt nghiệp
reset vi điều khiển CPU sẽ nhảy tới thực thi chương trình boot loader
trước, chương trình boot loader sẽ dò xem có chương trình nào cần nạp
vào vi điều khiển hay không, nếu có chương trình cần nạp, boot loader sẽ
nạp chương trình vào vùng nhớ ứng dụng (Application program section ),
rồi thực thi chương trình này. Ngược lại, boot loader sẽ chuyển tới
chương trình ứng dụng có sẵn trong vùng nhớ ứng dụng để thực thi
chương trình này.
Phần ứng dụng (Application program section ) là vùng nhớ chứa
chương trình ứng dụng của người dùng. Kích thước của phần boot loader
và phần ứng dụng có thể tùy chọn. Thể hiện cấu trúc bộ nhớ chương trình
có sử dụng và không sử dụng boot loader, khi sử dụng phần boot loader
ta thấy 4 word đầu tiên thay vì chỉ thị cho CPU chuyển tới chương trình
ứng dụng của người dung (là chương trình có nhãn start ) thì chỉ thị CPU
nhảy tới phần chương trình boot loader để thực hiện trước, rồi mới quay
trở lại thực hiện chương trình ứng dụng.
Bộ Nhớ Dữ Liệu : Bộ nhớ dữ liệu của AVR chia làm 2 phần chính là
bộ nhớ SRAM và bộ nhớ EEPROM. Tuy cùng là bộ nhớ dữ liệu nhưng
hai bộ nhớ này lại tách biệt nhau và được đánh địa chỉ riêng.
Bộ nhớ SRAM có dụng lượng 4 K bytes, Bộ nhớ SRAM có hai chế
độ hoạt động là chế độ thông thường và chế độ tương thích với
ATmega103, muốn thiết lập bộ nhớ SRAM hoạt động theo chế độ nào ta
sử dụng bit cầu chì M103C (M103C fuse bit (9) ).
20
Đồ án tốt nghiệp
Bộ nhớ SRAM ở chế độ bình thường : Ở chế độ bình thường bộ nhớ
SRAM được chia thành 5 phần: Phần đầu là 32 thanh ghi chức năng
chung (General Purpose Register ) R0 đến R31 có địa chỉ từ $0000 tới
$001F. Phần thứ 2 là không gian nhớ vào ra với 64 thanh ghi vào ra ( I/O

Register ) có địa chỉ từ $0020 tới $005F. Phần thứ 3 dùng cho vùng nhớ
dành cho các thanh ghi vào ra mở rộng ( Extended I/O Registers ) có địa
chỉ từ $0060 tới $00FF. Phần thứ 4 là vùng SRAM nội với 4096 byte có
địa chỉ từ $0100 tới $10FF. Phần thứ 5 là vùng nhớ SRAM ngoài
( External SRAM ) bắt đầu từ địa chỉ $1100, vùng SRAM mở rộng này
có thể mở rộng lên đến 64 K byte. Khi nói bộ nhớ SRAM có dung lượng
4 K byte là nói tới phần thứ 4 ( SRAM nội ). Nếu tính cả các thanh ghi thì
bộ nhớ SRAM trong chế độ bình thường sẽ là 4.25 K byte = 4352 byte.
Bộ nhớ SRAM ở chế độ tương thích ATmega103 : Ở chế này bộ
nhớ SRAM cơ bản cũng giống ở chế độ bình thường, ngoại trừ phần thứ
3 là vùng nhớ dành cho các thanh ghi vào ra mở rộng không tồn tại, ngoài
ra kích thước của phần SRAM nội ( internal RAM ) chỉ có 4000 byte so
với 4096 byte ở chế độ bình thường. Hình 2.2 thể hiện sơ đồ bộ nhờ dữ
liệu ở cả hai chế độ : Bình thường và tương thích ATmega103. Từ hình
2.2 ta thấy nếu cấu hình để bộ nhớ SRAM hoạt động ở chế độ tương thích
ATmega103 thì ta sẽ bị mất đi 160 thanh ghi vào ra mở rộng ( extended
I/O Register ), là những thanh ghi đóng vai trò quan trọng trong các chế
độ hoạt động của vi điều khiển.
21
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.4: Bản đồ bộ nhớ dữ liệu
A : Chế độ bình thường
B: Chế độ tương thích ATmega103
Trong vùng nhớ vào ra mở rộng ( $0060 - $00FF ) chỉ có 6 lệnh sau là có
thể được sử dụng, là : ST / STS / STD và LD / LDS / LDD.
Lệnh CBI và SBI chỉ có thể làm việc với 32 thanh ghi thấp hơn trong
vùng nhớ vào ra , tức các thanh ghi I/O có địa chỉ từ $20 tới $3F ( địa chỉ
SRAM ). 64 thanh ghi vào ra trong vùng nhớ vào ra ( phần số 2 ) có 2
22
Đồ án tốt nghiệp

kiểu chọn địa chỉ : Nếu xem chúng là vùng nhớ vào ra thì địa chỉ sẽ là
$00 - $3F, khi sử dụng các lệnh in, out … ta phải sử dụng địa chỉ này.
Nếu xem chúng như là một phần của bộ nhớ SRAM thì sẽ có địa chỉ là
$0020 - $005F, khi ta dùng các lệnh như LD, ST… ta phải sử dụng kiểu
địa chỉ này.
Tiệp ghanh ghi ( register file ) : Tiệp 32 thanh ghi đa chức năng
( $0000 - $001F ) đã được nói ở trên, ngoài chức năng là các thanh ghi đa
chức năng, thì các thanh ghi từ R26 tới R31 từng đôi một tạo thành các
thanh ghi 16 bit X, Y, Z được dùng làm con trỏ trỏ tới bộ nhớ chương
trình và bộ nhớ dữ liệu ( Hình 1.4 ). Thanh ghi con trò X, Y có thể dung
làm con trỏ trỏ tới bộ nhớ dữ liệu, còn thanh ghi Z có thể dùng làm con
trỏ trỏ tới bộ nhớ chương trình. Các trình biên dịch C thường dùng các
thanh ghi con trỏ này để quản lí Data stack của chương trình C.
23
Đồ án tốt nghiệp
Bộ nhớ EEPROM : Đây là bộ nhớ dữ liệu có thể ghi xóa ngay trong
lúc vi điều khiển đang hoạt động và không bị mất dữ liệu khi nguồn điện
cung cấp bị cắt. Có thể ví bộ nhớ dữ liệu EEPROM giống như là ổ cứng (
Hard disk ) của máy vi tính. Với vi điều khiển ATmega128, bộ nhớ
EEPROM có kích thước là 4 Kbyte. EEPROM được xem như là một bộ
nhớ vào ra được đánh địa chỉ độc lập với SRAM, điều này có nghĩa là ta
cần sử dụng các lệnh in, out … khi muốn truy xuất tới EEPROM. Để điều
khiển vào ra dữ liệu với EEPROM ta sử dụng 3 thanh ghi sau :
2. Thanh Ghi EEAR ( EEARH và EEARL )
EEAR là thanh ghi 16 bit lưu giữ địa chỉ của các ô nhớ của
EEPROM, thanh ghi EEAR được kết hợp từ 2 thanh ghi 8 bit là EEARH
và thanh ghi EEARL. Vì bộ nhớ EEPROM của ATmega128 có dung
24
Đồ án tốt nghiệp
lượng 4 Kbyte = 4096 byte = 212 byte nên ta chỉ cần 12 bit của thanh ghi

EEAR , 4 bit từ 15 -12 được dự trữ, ta nên ghi 0 vào các bit dự trữ này.
3. Thanh Ghi EEDR
Đây là thanh ghi dữ liệu của EEPROM, là nơi chứa dữ liệu ta định ghi
vào hay lấy ra từ EEPROM.
4. Thanh Ghi EECR
Đây là thanh ghi điều khiển EEPROM, ta chỉ sử dụng 4 bit đầu của thanh
ghi này, 4 bit cuối là dự trữ, ta nên ghi 0 vào các bit dự trữ. Sau đây ta xét
chức năng của từng bit.
Bit 3 – EERIE: EEPROM Ready Interrupt Enable : Đây là bit
cho phép EEPROM ngắt CPU, khi bit này được set thành 1 và ngắt toàn
25