UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO DEPARTEMENT ELECTRONIQUE ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------- MEMOIRE EN VUE DE L’ OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER 2 Spécialité : ELECTRONIQUE Option : Electronique Automatique Développement sur architecture ARMv6-M / ARMv7-M Présenté par : ANDRY-NANJA Jerry Stéphane N° d’ordre : Soutenu le : 1er juillet 2015 Année Universitaire : 2013 - 2014 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO DEPARTEMENT ELECTRONIQUE ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------- MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER 2 Spécialité : ELECTRONIQUE Option : Electronique Automatique Développement sur architecture ARMv6 -M / ARMv7M Présenté par : ANDRY -NANJA Jerry Stéphane Devant le Jury composé de : Mme. RABEHERIMANANA Lyliane Irène : Président du jury Mr. RATSIMBAZAFY Guy Prédon Claude : Examinateur Mr. RANDRIAMAROSON Rivo Mahandrisoa : Examinateur Mr. HERINANTENAINA Edmond Fils : Examinateur Rapporteur : Mr. ANDRIAMANANTSOA Guy Danielson Soutenu le : 1er juillet 2015 REMERCIEMENT Je remercie Dieu Tout puissant de m’avoir donné la force et la santé tout au long de l’accomplissement de ce mémoire. Je tiens également à exprimer ma reconnaissance à tous ceux qui on apporté leur contribution dans la réalisation de ce mémoire, en particulier : Monsieur RATSIMBA Mamy Nirina, Chef du Département Electronique de l’ESPA, qui a consacré ses efforts pour le bon déroulement de ma formation durant toutes ces années. Mon encadreur Monsieur ANDRIAMANANTSOA Guy Danielson, qui m’a dirigé tout au long du travail. Madame RABEHERIMANANA Lyliane Irène, qui a voulu présider la soutenance de ce mémoire malgré ses occupations. Aux membres du jury - Monsieur RATSIMBAZAFY Guy Prédon Claude - Monsieur RANDRIAMAROSON Rivo Mahandrisoa - Monsieur HERINANTENAINA Edmond Fils qui ont consacré leur temps pour l’amélioration de ce mémoire : Aux enseignants du Département Electronique pour les connaissances qu’ils m’ont transmis durant ces cinq dernières années. A ma famille qui m’a soutenu moralement et financièrement durant la réalisation de ce mémoire et durant toutes ces années d’études. Et enfin, à toutes les personnes qui ont participé de prés ou de loin à l’élaboration de ce mémoire. JERRY i RESUME Aujourd’hui, l’utilisation de microprocesseur est devenue très importante dans les appareils technologiques. Ce mémoire est consacré sur le développement des microprocesseurs ARM Cortex-M3/M4 dans les systèmes embarqués. Les généralités sur ces types de processeurs et l’étude concernant la technologie interne du microprocesseur ARM Cortex-M3/M4 sont mises en valeur dans cet ouvrage. De plus, les outils de programmations et la manière de programmer sur ces microprocesseurs, basés essentiellement autour du langage C, y sont développés. Grace à ces études, on a pu réaliser un logiciel embarqué sur ce microprocesseur, pour l’acquisition et le traitement de données venant des capteurs et l‘acheminement de ces données via internet en temps réel. ii TABLE DES MATIERES REMERCIEMENTS……………………………………………………………………………………………………………….i RESUME…………………………………………………………………………………………………………………………….ii TABLE DES MATIERES……………………………………………………………………………………………………….iii LISTE DES ABREVIATIONS………………………………………………………………………………………………….vi LISTE DES FIGURES…………………………………………………………………………………………………………….x LISTE DES TABLEAUX……………………………………………………………………………………………………….xiii INTRODUCTION…………………………………………………………………………………………………………………1 Chapitre I : LES PROCESSEURS ARM CORTEX ................................................................................... 2 I.1. GENERALITE SUR LE PROCESSEUR ARM ...................................................................................2 I.2. HISTORIQUE .................................................................................................................................3 I.3. LES FAMILLES DES PROCESSEURS ARM ....................................................................................4 a) Convention d’appellation des cœurs des processeurs ARM ..........................................4 i. Les ARM Classic cores ...............................................................................................4 ii. Les ARM Cortex cores ...............................................................................................5 b) La famille ARM Cortex .........................................................................................................6 i. Les ARM Cortex-A ......................................................................................................6 ii. Les ARM Cortex-R .....................................................................................................6 iii. Les ARM Cortex-M ...................................................................................................7 c) Comparaison entre les ARM Cortex 32 bits ......................................................................8 I.4. LES MICROPROCESSEURS ARM CORTEX-M .............................................................................9 a) Les architectures ARMv6-M et ARMv7-M ........................................................................9 b) ARM Cortex-M3 ................................................................................................................. 11 c) ARM Cortex-M0 ................................................................................................................. 13 d) ARM Cortex-M0+ ............................................................................................................... 15 e) ARM Cortex-M4 ................................................................................................................. 17 f) ARM Cortex-M7 .................................................................................................................. 18 Chapitre II : LA TECHNOLOGIE ARM CORTEX- M3/M4 ................................................................ 20 II.1. VUE INTERNE DE L’ARM CORTEX-M3 ................................................................................... 20 II.2. MODELES DU PROGRAMMEUR ............................................................................................. 23 a) Mode d’opération et état d’opération ........................................................................... 23 i. Les états de fonctionnement ................................................................................ 23 ii. Les modes d’opération ........................................................................................ 24 iii b) Registres ............................................................................................................................. 25 i. Registres à usage général R0 à R7 ........................................................................ 25 ii. Registres à usage général R8 à R12 .................................................................... 26 iii. Registres de pointeur de pile R13 (SP) .............................................................. 26 iv. Registre de lien R14 (LR) ...................................................................................... 26 v. Registre compteur de programme R15 (PC) ...................................................... 27 c) Registres spéciaux .............................................................................................................. 27 i. Les registres d’états de programmes (xPSR) ...................................................... 28 ii. Les registres de masque d’interruption (PRIMASK, FAULTMASK et BASEPRI) ............................................................................. 30 iii. Le registre de contrôle (CONTROL ) .................................................................... 31 d) Registres virgule flottante ................................................................................................ 33 i. Registre d’état et de contrôle de virgule flottante ........................................... 34 ii. Registres de mémoire mappée de virgule flottante ........................................ 35 II.3. SYSTEME DE MEMOIRE .......................................................................................................... 35 a) Mémoire mappée ( Memory map ) .................................................................................. 35 b) Mémoire pile ( Stack Memory ) ......................................................................................... 36 c) MPU ( Memory Protection Unit ) ....................................................................................... 38 II.4. EXCEPTION ET INTERRUPTION .............................................................................................. 39 Chapitre III : LA PROGRAMMATION EN C SUR UN MICROCONTROLEUR ARM CORTEX-M3/M4 ...................................................................................... 42 III.1. MICROCONTROLEURS ARM CORTEX-M3/M4 .................................................................... 42 III.2. DEPLOIEMENT ......................................................................................................................... 43 a) Choix du microcontrôleur ARM Cortex-M3/M4 ............................................................ 43 b) Outils de développement ................................................................................................