Processadores Embarcados

Sistemas
Embarcados:
Microcontroladores
Prof. Protásio
Laboratório de Microengenharia/DEE/CEAR/UFPB
Processadores Embarcados
▪ Todo sistema embarcado necessita ter
incorporado um dispositivo de
processamento
▪ Existe uma infinidade de processadores
diferenciados por:
▪ tipos, especificações, desempenho, consumo,
etc.
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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.
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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.
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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)
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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
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Processadores Embarcados
▪ Microprocessadores (µP)
Memória
▪ Sistemas baseados em µP utilizam memórias
e outros periféricos externos
Interface
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E/S
µP
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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
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Processadores Embarcados
▪ Exemplo: nRF24LE1 2.4GHz RF System-on-Chip with Flash
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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.
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Processadores Embarcados
▪ SOCs com processador integrado
(integrated processors)
▪ Exemplos de períféricos:
▪ PCI Express Interface
▪ Universal asynchronous receiver/transmitter (UART)
▪ Memory controller
▪ DMA controller
▪ I2C controller
▪ Ethernet interfaces
▪ Parallel Interface Port
▪ Integrated Serial ATA (SATA) Host Controllers
▪ Dual Controller Area Network (CAN)
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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
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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
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Processadores Embarcados
▪ Microcontroladores (µC)
▪ Podem ser descritos como sistemas autocontidos
contendo processador, memória e periféricos em
um mesmo chip.
CPU
µC
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Periféricos
Internos
Pinos do CI
:
Dispositivos Externos
Barramentos
Portas de E/S
MEMÓRIA
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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.
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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.
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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)
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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
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Comparação: Custo x Desempenho
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Nível de integração com o sistema X
desempenho
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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
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Microcontroladores
▪ Dispositivos de baixo volume de produção
▪ Usados para prototipação
▪ Usam EPROM janelada ou EEPROM
▪ Custo relativo alto
▪ Pode-se modificar o FW/SW
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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
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Microcontroladores
▪ Dispositivos de alto volume de produção
▪ O FW/SW é gravado na Foudry
▪ Usam-se, em geral, máscaras parcialmente
pré-projetas
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Microcontrolador MC68HC705
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Microcontrolador MC68HC705
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Microcontrolador PIC12F629
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Microcontrolador PIC16F87
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PIC24F16
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MSP430
▪ CPU 16-bits RISC;
▪ Arquitetura de Von-Neumann: Memory data bus (MDB) e memory addres bus (MAB) comuns;
▪ Arquitetura de ultrabaixa potência
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MSP430
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lm4f120h5qr
▪ Stellaris Launchpad
▪ Frequência de operação: 80 MHz
▪ Interfaces de Comunicação
▪ 8 UARTs
▪ 4 módulos SSI
▪ 4 módulos I2C
▪ 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
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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
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Processadores Embarcados
▪ Abaixo seguem algumas empresas que fornecem
soluções em SE:
▪
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Analog devices
Freescale
Cypress
Microchip
Infineon
Intel
Renesas
OKI
Philips
ST
Texas instruments
Xilinx
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