Arquitetura de Software em Sistemas Embarcados

Transcrição

1 1 Arquitetura de Software em Sistemas Embarcados César Yutaka Ofuchi

2 Referências Embedded Systems Architecture A comprehensive Guide for Engineers and Programmers Tammy Noergaard Material Complementar EL68E/processo_mef_dh.pdf 2

3 Introdução Processo de Desenvolvimento Projeto iniciado Reunião de kick-off/ / etc. Declaração de escopo Características, restrições (técnicas, financeiras, comerciais, de sistema, etc) Requisitos de Produto/ Software Inicio do desenvolvimento! O que o sistema deve fazer? Como ele deve implementar os requisitos? 3

4 O que o sistema deve fazer? Requisitos funcionais Gerenciamento de Requisitos Gerenciamento de Configuração e Mudanças 4

5 Como ele deve implementar os requisitos de software? Requisitos não funcionais/qualidades (exemplos) Desempenho Usabilidade Segurança Testabilidade Escalabilidade, etc. Quais soluções/táticas utilizar para implementação dessas qualidades? Arquitetura de Software 5

6 Arquitetura de Software A arquitetura de software de um Sistema consiste na definição de componentes de software, suas propriedades externas, e seus relacionamentos com outros software Bass 2003, Software Architecture in Practice Arquitetar um software é organiza-lo de forma a ser o mais eficiente possível! Sistemas Embarcados: Arquitetura em Camadas 6

7 Arquitetura em Camadas Aplicação Hierarquia Middleware/Serviço HAL (Hardware Abstraction Lawer)/Driver Hardware Camada oferece serviços para camada acima Camada atua como um cliente para a camada logo abaixo Interações entre as camadas são realizadas por meio de chamadas de funções (API) Vantagens: Modularidade Coesão Encapsulamento Regras: Cada camada tem uma função muito bem definida definidas hierarquicamente Definição de Interfaces entre camadas (API) Ex: Aplicação não acessa Driver diretamente 7

8 Arquitetura em Camadas Aplicação: Define o que irá fazer seu sistema embarcado Software de Sistema: Middleware: Abstração de Software fora da aplicação HAL/Device Driver: Interface do Software com Hardware RTOS: Sistema operacional em tempo real Hardware 8

9 9 Exemplos CMSIS FatFs

10 Projeto Exemplo Clique de botão Acender Led Aquisição de dados de um acelerômetro Comandos seriais por meio de uma porta UART Botão (GPIO) Acelerômetro MMA7455 (I2C e INT) Comandos (UART) Sistema LED (GPIO) Resposta/Status (UART) Requisitos Acende/apaga led quando usuário pressionar botão Ler valores de aceleração Tratar comandos seriais Comandos para controlar led, ler dados de aceleração e obter versão do firmware Protocolo de comunicação... 10

11 11 Diagrama de Software Placa base Microcontrolador LPC1343 Botão GPIO Serviço Botão Driver GPIO Serviço LED GPIO LED Acelerômetro MMA7455 I2C Driver I2C Driver MMA7455 Serviço Acelerômetro Conector UART Driver UART Buffer Rx/Tx Serial

12 Reusabilidade/ Modularidade 12 Diagrama de Camadas+Software Aplicação LED Aplicação Comandos Aplicação Serviço Botão Serviço LED Serviço Acelerômetro Buffer Rx/Tx Serial Middleware /Serviço Driver GPIO Driver I2C Driver MMA7455 Driver UART HAL/Driver GPIO I2C UART Hardware

13 13 Diagrama de Camadas+Software - detalhado Aplicação LED Aplicação button_init() read_button() led_init() led_on() led_off() led_toggle() GPIOInit() GPIOSetDir() GPIOSetValue() GPIOGetValue()... Serviço Botão Serviço LED Middleware/ Serviço NVIC_EnableIRQ() NVIC_DisableIRQ().. Registradores LPC_GPIO0..3 Driver GPIO Driver NVIC HAL/Driver GPIO NVIC Hardware

14 14 Laboratório 2 Desenvolver o diagrama de software + diagrama em camadas do laboratório 2 para próxima aula. Nível de detalhamento maior para a funcionalidade FatFs+SPI e Timer.

15 15 Acesso aos Registradores Ex: LPC13xx.h #define LPC_AHB_BASE (0x UL) #define LPC_GPIO3_BASE (LPC_AHB_BASE + 0x30000) #define LPC_GPIO3 ((LPC_GPIO_TypeDef *) LPC_GPIO3_BASE ) Pointer Casting para estrutura de registradores

16 16 Interfaces Macros/Funções Estáticas Aplicação Aplicação Macros #define CS_LOW //code mm FatFs??? CS_LOW rcvr_spi()... Middleware/Se rviço HAL/Driver Funções estáticas static void xmit_spi(byte dat) { //Implement SPI send byte here } Registradores SPI... SPI Hardware

17 Device Drivers Geralmente uma combinação das seguintes funcionalidades: Startup / Shutdown : inicializar hardware ao ligar o sistema ou configurar hardware ao desligar o sistema Enable/Disable: ligar ou desligar o hardware em tempo real Acquire/Release: ganhar ou liberar acesso ao hardware Read/Write: Ler ou escrever dados no hardware Install/Uninstall: permite instalação ou desinstalação de hardware Mapping/Unmapping: mapear/remover endereçamento em hardware para armazenamento de dados. 17

18 Device Drivers Geralmente uma combinação das seguintes funcionalidades: Startup / Shutdown : inicializar hardware ao ligar o sistema ou configurar hardware ao desligar o sistema Enable/Disable: ligar ou desligar o hardware em tempo real Acquire/Release: ganhar ou liberar acesso ao hardware Read/Write: Ler ou escrever dados no hardware Install/Uninstall: permite instalação ou desinstalação de hardware Mapping/Unmapping: mapear/remover endereçamento em hardware para armazenamento de dados. 18

19 Sistema em Camadas Criação de um driver A mudança do driver não deve gerar nenhuma alteração no código da aplicação. A criação de um driver deve se concentrar na função e não nos recursos do dispositivo. 19

20 Criação de um driver Para a criação de um driver basta encapsular estas funções num conjunto organizado e de fácil acesso. Headers e defines A mudança do driver não deve gerar nenhuma alteração no código da aplicação. A criação de um driver deve se concentrar na função e não nos recursos do dispositivo. 20

21 Padronização A forma de uso de um drivers é extremamente ligada a seu dispositivo. Padronizar os diversos tipos de drivers envolve conceder concessões e inserir um overhead que pode ser prejudicial ao sistema No entanto isto permite construir um sistema para gerenciamento dos mesmos 21

22 Padronização É possível separar as funções de um dispositivo em 3 modelos Inicialização Execução de serviço/funcionalidade Retorno de informação Função de acesso ao driver 22

23 Padronização As funções do tipo inicialização são executadas antes de utilizar o dispositivo. Podem tomar muito tempo Fazem parte do boot do sistema 23

24 Padronização As funções de execução de serviços são as funções que realizam as operações do dispositivo Escrever no LCD, gerar um sinal de PWM, enviar uma informação via serial Em geral são executadas rapidamente podendo ser sequenciadas num processo sem impactos na velocidade de execução 24

25 Padronização As funções de retorno de informação devolvem valores obtidos pelos dispositivos Leitura de uma tecla, recepção de um valor via serial Estas funções podem ser eventuais e não determinísticas. Por esse motivo é uma boa pratica não esperar que elas aconteçam. 25

26 Exercício Fazer download do workspace da aula 5, e abrir o projeto exemplo da placa base. Observar drivers desenvolvidos para Lib_EaBaseBoard. Light (sensor de luminosidade) Temp (sensor de temperatura) Avaliar a estrutura utilizada para os dois tipos de drivers bem como sua inicialização e serviço. Existe alguma diferença notável? Qual? 26

27 Aplicação Hardware HAL/ Driver Middleware/ Serviço 27 Interfaces - CALLBACK Aplicação //ponteiro para função Static uint32_t (*getticks)(void) = NULL Temperatura MAX6576 //callback para uma função que fornece os // ticks em ms Void temp_init(uint32_t (*getticks)(void) ) { getticks=getmsticks Driver GPIO Registradores GPIO... GPIO } Int32_t temp_read() {... uint32_t t1=getticks(); }

28 28 Callback um método de callback é um pedaço de código executável que é passado como parâmetro para algum método, é esperado que o método execute o código do argumento em algum momento Main FuncaoDriver() CALL FuncaoMain() CALLBACK Driver

29 29 Callback Uso de ponteiros para função para passar funções como parâmetro! Driver.h Typedef void (*callbackexemplo)(int x,int y) Definição de callback / ponteiro de função Driver.c //variável global callbackexemplo ptr_callback=null funcaodriverinitcallback(callbackexemplo ptr ) { ptr_callback=ptr; //recebeu o endereço da função como parâmetro! } void funcaodriver () { int x=1,y=2; Registro da callback / passagem da função por parâmetro Uso da função ptr_callback(x,y); //uso da função registrada/inicializada anteriormente }

30 Exercício Abrir o projeto example_lab1_callback Trata-se do laboratório 1, com a chamada em C da função da imagem (créditos equipe Rafael, Leonardo, Giulia). Comente o bloco que faz a conversão em C e imprime no OLED. Fazer uma função com callback para oled_putpixel, de forma que a chamada dela seja feito dentro da converte_c_callback. Faça os passos descritos anteriormente: Definição da callback Inicialização/registro da call-back Uso da callback 30