Tìm hiểu AMBA dành cho lập trình viên – đọc các bus APB·AHB·AXI qua tài liệu đặc tả và bo mạch

Những gì bạn sẽ đạt được sau khóa học

Bạn sẽ có thể vẽ sơ đồ đường đi của một dòng mã do mình viết bên trong con chip. Khi giá trị đã được ghi nhưng không cập nhật ngay, khi đôi lúc xảy ra lỗi bất thường, hay khi cùng một đoạn mã chạy nhanh ở nơi này nhưng chậm ở nơi khác, bạn có thể giải thích nguyên nhân thay vì chỉ phỏng đoán.

Đã ghi giá trị vào thanh ghi, tại sao nó vẫn chưa thay đổi?

Tôi đã được học rằng mã được thực thi từng dòng, từ trên xuống dưới. Nhưng bên trong con chip, giá trị tôi ghi sẽ rời CPU, di chuyển dọc theo một con đường, đôi khi tạm chờ giữa chừng, và thứ tự cũng có thể thay đổi khi có yêu cầu khác. Nếu không hiểu con đường này, bạn sẽ đổ lỗi cho may rủi hoặc thời điểm khi gặp phải "lỗi kỳ lạ chỉ thỉnh thoảng mới xảy ra".

Trong khóa học này, chúng ta sẽ lần theo những con đường ấy bằng cách vẽ sơ đồ bằng tay từ đầu. Chúng ta sẽ cùng mở tài liệu gốc ghi rõ các quy tắc của những con đường, tô sáng các câu liên quan và kiểm chứng bằng những con số đo được trên bo mạch thực tế.

Từ con hẻm chậm đến đường cao tốc

Bên trong chip không chỉ có một con đường. Có con đường chậm và đơn giản dẫn đến thiết bị ngoại vi, con đường rộng dẫn đến bộ nhớ, và xa lộ nơi nhiều yêu cầu lưu thông cùng lúc. Bài giảng này sẽ lần lượt đi từ những con đường dễ nhất, để xem các quy tắc đã học ở phần trước thay đổi như thế nào trên những con đường tiếp theo.

Vì sao lại là các tuyến kết nối bên trong chip ngay lúc này?

Chip ngày nay tích hợp nhiều lõi CPU, đủ loại bộ tăng tốc và vô số thiết bị ngoại vi. Quy tắc phổ biến chi phối các đường truyền dữ liệu giữa những bộ phận này là AMBA của Arm. Vì vậy, dù sử dụng loại chip nào, khi mở tài liệu hướng dẫn, bạn cũng sẽ bắt gặp sơ đồ những đường truyền này.

Khi ngày càng có nhiều công cụ viết mã thay bạn, giá trị của những nhà phát triển có thể giải thích vì sao đoạn mã đó hoạt động như vậy bên trong chip sẽ càng tăng.

Bạn sẽ học những điều này

Những khoảng trống tôi nhận thấy trong 18 năm giảng dạy thực tế

Từ năm 2008, tôi đã giảng dạy cho các lập trình viên tại doanh nghiệp và tổ chức. Trong thời gian đó, tôi đã gặp nhiều lập trình viên viết code tốt nhưng lại không hiểu rõ về bộ nhớ và bus—nền tảng để code đó chạy.

• Họ biết bus rộng hơn thì nhanh hơn, nhưng không thể giải thích tại sao.

• Họ không thể giải thích lý do thực sự khiến bộ nhớ trên bo mạch không thể mở rộng tùy ý.

• Vì không biết bộ điều khiển bộ nhớ làm nhiệm vụ gì, họ bị mắc kẹt ngay ở bước cấp nguồn lần đầu cho bo mạch mới chế tạo và khởi động bộ nhớ.

Những chỗ trống này không tách rời nhau. Khi hiểu được các đường đi bên trong chip, bạn có thể điền tất cả cùng một lúc. Số lượng đường địa chỉ quyết định giới hạn bộ nhớ có thể được định địa chỉ, còn số lượng đường dữ liệu quyết định lượng dữ liệu được truyền đi mỗi lần. Bộ điều khiển bộ nhớ là thông dịch viên chuyển ngôn ngữ của bus sang ngôn ngữ của bộ nhớ, vì vậy mã khởi động phải thông báo trước độ rộng và tốc độ của bộ nhớ được gắn vào. Và quan trọng hơn cả, bạn sẽ bắt đầu hình dung được toàn bộ cấu trúc kết nối của bo mạch chỉ trong nháy mắt.

Ngay cả câu hỏi tôi thường được hỏi nhất tại hiện trường, "Mã đúng mà sao đôi khi lại bất thường?", khóa học này cũng giải đáp bằng một sơ đồ đường đi bên trong chip và một con số trên bo mạch.

AMBA được giải thích bởi một nhà phát triển phần mềm, từ năm 2008

Tôi không phải là người thiết kế chip. Từ trước đến nay, hiện tại và cả sau này, tôi vẫn luôn là một nhà phát triển phần mềm nhúng. Chỉ là tôi rất quan tâm đến phần cứng nên đã tự học thêm hợp ngữ. Sau nhiều năm làm việc với bộ xử lý ARM, tôi dần tò mò về những con đường bên trong chip mà mã của mình đi qua — AMBA.

Năm 2008, muốn lưu lại đâu đó những gì mình đã tự học, tôi đăng loạt bài “Tìm hiểu về AMBA” lên blog. Đó là những bài viết giải thích từng bước các biểu đồ thời gian trong tài liệu quy chuẩn bằng hình minh họa, từ góc nhìn của người viết mã chạy trên mạch điện chứ không phải người thiết kế mạch. Vào thời điểm khó tìm được bài viết giải thích AMBA bằng tiếng Hàn một cách dễ hiểu, đến tận bây giờ, sau 17 năm, loạt bài ấy vẫn nhận được những bình luận cảm ơn từ độc giả đang học tập.

Bài giảng này mở rộng phần giải thích đó sang AXI và các tiêu chuẩn mới nhất, đồng thời bổ sung những con số đo được trên bo mạch thực tế để tạo thành một video mới. Vì vậy, nội dung được giải thích từ đầu đến cuối theo góc nhìn của lập trình viên.

Dành cho những người biết viết code nhưng vẫn xem bên trong chip là một chiếc hộp đen

Ngay cả khi bạn mới nghe đến thuật ngữ bus thì cũng không sao. Chỉ cần bạn từng ghi và đọc giá trị trong thanh ghi là đủ. Sau khi học xong khóa này, bạn sẽ có thể tự đọc sơ đồ bus trong tài liệu chip mà trước đây vẫn thường bỏ qua vì nghĩ đó là "chuyện phần cứng".

Khóa học này cũng dành cho những người thiết kế chip. Khóa học cho bạn thấy từ góc nhìn ngược lại cách phần mềm sử dụng phần cứng do bạn tạo ra. Khi thấy một tín hiệu báo lỗi hay một bộ đệm tạm giữ thao tác ghi có thể gây ra lỗi gì cho lập trình viên, bạn sẽ suy nghĩ kỹ hơn về những điều cần cân nhắc khi thiết kế và những gì cần ghi trong tài liệu hướng dẫn.

Điểm đặc biệt của khóa học này

Màn hình bài giảng thực tế

Môi trường thực hành

Câu hỏi thường gặp

Khóa học nên xem cùng

• Lập trình bộ xử lý ARM Cortex-M

• Lập trình FreeRTOS 2 - Học thiết kế và gỡ lỗi RTOS qua 40 sự cố thực tế