Sistemas Embarcados:
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1 Sistemas Embarcados: Microcontroladores Prof. Protásio Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
2 Processadores Embarcados Todo sistema embarcado necessita ter incorporado um dispositivo de processamento Existe uma infinidade de processadores diferenciados por: tipos, especificações, desempenho, consumo, etc. Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 2
3 Processadores Embarcados O processo de escolha de um processador para um sistema embarcado é: Um tanto complexa justamente pela infinidade de processadores existentes Por depender dos requerimentos do sistema embarcado Velocidade, custo, consumo de energia, etc. Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 3
4 Processadores Embarcados O processo de escolha de um processador para um sistema embarcado é: Difícil, por não saber a priori o consumo de memória que o FW/SW necessitará. Antes de ter o SE plenamente entendido, é difícil saber precisamente o desempenho do processador necessário. Etc. Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 4
5 Processadores Embarcados Em geral, processadores para sistemas embarcados podem ser: Microprocessadores (µp) SOCs (System-on-Chip) com processador integrado (integrated processors) DSCs (Digital Signal Controller) DSPs (Digital Signal Processor) Microcontroladores (µc) Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 5
6 Processadores Embarcados Microprocessadores (µp) Tipicamente, são processadores que realizam tarefas de alta complexidade e que tem um conjunto mínimo de: Memória e de Dispositivos de E/S integrados. Em geral, podem ter arquiteturas: CISC ou RISC Von Neumann ou Harvard Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 6
7 Processadores Embarcados Microprocessadores (µp) Sistemas baseados em µp utilizam memórias e outros periféricos externos µp Memória Interface E/S Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 7
8 Processadores Embarcados SOCs com processador integrado (integrated processors) São circuitos integrados que contêm periféricos dedicados a uma dada aplicação e que contêm um processador integrado. Em geral, necessita de memória externa. Processadores de uso específico Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 8
9 Processadores Embarcados Exemplo: nrf24le1 2.4GHz RF System-on-Chip with Flash Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 9
10 Processadores Embarcados SOCs com processador integrado (integrated processors) Exemplos: MC68360: Integrated Communications Controller Intel EP80579 Integrated Processor Embedded, Security and/or IP Telephony applications MPC8245 PowerPC integrated processor for high-performance embedded systems. Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 10
11 Processadores Embarcados SOCs com processador integrado (integrated processors) Exemplos de períféricos: PCI Express Interface Universal asynchronous receiver/transmitter (UART) Memory controller DMA controller I 2 C controller Ethernet interfaces Parallel Interface Port Integrated Serial ATA (SATA) Host Controllers Dual Controller Area Network (CAN) Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 11
12 Processadores Embarcados DSPs (Digital Signal Processor) São processadores especialmente projetados para implementar processamento digital de sinais. Exemplo de uma função de DSP: Filtro de resposta ao impulso finita (FIR) Envolve repetidas multiplicações Sua largura de banda depende da velocidade de processamento destas operações Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 12
13 Processadores Embarcados DSPs (Digital Signal Processor) Exemplo: Motorola DSP56000 Facilitação para operações com tabelas de dados X,Y Multiply accumulate (MAC) operation 1 MAC por ciclo de máquina Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 13
14 Processadores Embarcados Microcontroladores (µc) Podem ser descritos como sistemas autocontidos contendo processador, memória e periféricos em um mesmo chip. MEMÓRIA µc Barramentos CPU Periféricos Internos Portas de E/S Pinos do CI : Dispositivos Externos Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 14
15 Processadores Embarcados Microcontroladores (µc) Os µcs, em geral, realizam tarefas de baixa complexidade. Sistemas baseados em µc utilizam um número mínimo de componentes externos Em geral, podem ser: CISC ou RISC Von Neumann ou Harvard Em certos casos, para o projeto de um sistema embarcado somente é necessário FW/SW. Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 15
16 Microcontroladores Os µcs tiveram origem com o avanço da tecnologia (maior número de transistores por chip e menor consumo): Tornando possível a integração de processadores, periféricos e memórias em um mesmo chip. O desenvolvimento de µc, essencialmente, segue o desenvolvimento de µp com uma ou mais gerações de antecedência. Ou seja, um µp atual poderá vir a ser um µc no futuro. Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 16
17 Transformação µp µc Exemplo 1: Processador MC6800 Após 1993, o MC6800 não é mais usado como um processador discreto É usado integrado em µc (Ex: 68HC11) Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 17
18 Transformação µp µc Exemplo 2: µp Z80 da Zilog Lançado na década de 70 Baseado no Intel 8080 (com um conjunto estendido de instruções) Atualmente, é um core dos microcontroladores ez80 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 18
19 Comparação: Custo x Desempenho Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 19
20 Nível de integração com o sistema X desempenho Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 20
21 Microcontroladores Classificação em termos de volume de produção: Dispositivos de baixo volume de produção Dispositivos de médio volume de produção Dispositivos de alto volume de produção Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 21
22 Microcontroladores Dispositivos de baixo volume de produção Usados para prototipação Usam EPROM janelada ou EEPROM Custo relativo alto Pode-se modificar o FW/SW Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 22
23 Microcontroladores Dispositivos de médio volume de produção Usam OTP (One Time Programing ROM ou EPROM não janelada) Uma só programação de FW/SW é permitida Custo relativo médio Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 23
24 Microcontroladores Dispositivos de alto volume de produção O FW/SW é gravado na Foudry Usam-se, em geral, máscaras parcialmente pré-projetas Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 24
25 Microcontrolador MC68HC705 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 25
26 Microcontrolador MC68HC705 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 26
27 Microcontrolador PIC12F629 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 27
28 Microcontrolador PIC16F87 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 28
29 PIC24F16 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 29
30 MSP430 CPU 16-bits RISC; Arquitetura de Von-Neumann: Memory data bus (MDB) e memory addres bus (MAB) comuns; Arquitetura de ultrabaixa potência Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 30
31 MSP430 Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 31
32 lm4f120h5qr Stellaris Launchpad Frequência de operação: 80 MHz Interfaces de Comunicação 8 UARTs 4 módulos SSI 4 módulos I 2 C CAN 2.0 A/B USB Suporte Analógico 12 ADCs de 12 bits. Taxa máxima: 1 milhão de amostras por segundo 2 Comparadores analógicos e 16 comparadores digitais Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 32
33 Tarefa Fazer um estudo comparativo entre MCU considerando: Frequência # pinos I/O digitais Memória # entradas e saída analógicas # interrupções Interfaces de comunicação(uart, I2C,SPI, etc.) Aplicações Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 33
34 Processadores Embarcados Abaixo seguem algumas empresas que fornecem soluções em SE: Analog devices Freescale Cypress Microchip Infineon Intel Renesas OKI Philips ST Texas instruments Xilinx Prof. Protásio / Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB 34
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