Informatique Industrielle - .(fonctions logiques combinatoires et s©quentielles) 4 Plan ... Les

  • View
    215

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Informatique Industrielle - .(fonctions logiques combinatoires et s©quentielles) 4 Plan ... Les

  • Informatique Industrielle

    Intervenants:

    Julien Marot julien.marot@fresnel.fr

    (Zouhair Haddi haddi.zouhair@gmail.com)

    Micro-contrleurs Microchip

    Cours Licence 2 SPI

    Equipe Groupe Signaux Multidimensionnels Institut Fresnel, bureau 237 Saint-Jrme

  • 2

    Organisation de l'enseignement

    Contenu horaire :

    10 h de cours/TD (5x 2h) Prsentation de l'informatique industrielle, des systmes micro-

    programms (architecture, principes gnraux, ...). tude d'un micro-

    contrleur Microchip PIC 18F4520. Programmation en langage

    Assembleur.

    20 h de travaux pratiques (10x 2h) Mise en pratique des connaissances sur la carte de dmonstration

    PICDEM2 plus. Utilisation du micro-contrleur Microchip PIC 18F4520.

    ! Merci d'tre l'heure en cours / TP !

  • 3

    Informatique industrielle

    Prrequis

    Les diffrentes bases de numrotation

    (binaire, octal, dcimal, hexadcimal)

    Conversions et oprations sur les nombres binaires

    Notions d'lectronique numrique

    (fonctions logiques combinatoires et squentielles)

  • 4

    Plan

    Lien avec les TPs

    0 Objectifs et plan du cours, lien avec les TPs I Catgories de systmes programmables, architecture des microcontrleurs

    A Prsentation de linformatique industrielle et des systmes micro-programms B Architecture neuromorphique : comment le cerveau inspire linformatique industrielle C Architecture des microcontrleurs

    II Codage, instructions assembleur, modes dadressage des instructions A Codage binaire et hexadcimal, complment deux B Premier programme assembleur et algorigramme correspondant (TP1) C Modes dadressage des instructions

    III Etude du fonctionnement du microcontrleur

    A Structure des ports entres sorties B Phase de dmarrage du microcontrleur C Excution dune instruction D Les registres E Organisation de la mmoire

    IV Les interruptions, exemple avec bouton poussoir

    A Interruptions: dfinition et gestion (TP2) B Interruption par appui sur bouton poussoir

  • L'objectif de ce cours: vous transmettre une culture des systmes micro-programms; vous rendre capable de programmer un microcontrleur en langage assembleur pour une application vise.

    Mots-cls, notions retenir

    Notions d'architecture

    lments constitutifs dun microcontrleur

    Fonctionnement

    Savoir-faire et rflexes acqurir

    Manier les diffrents types d'instruction assembleur

    Mettre profit les interruptions

    Faire le lien entre un algorigramme et un programme

    Objectifs du cours

    Evaluation

    TP: 50% Exam: 50% (poly autoris)

  • 6

    Plan

    Lien avec les TPs

    0 Objectifs et plan du cours, lien avec les TPs

    I Catgories de systmes programmables, architecture des microcontrleurs A Prsentation de linformatique industrielle et des systmes micro-programms B Architecture neuromorphique : comment le cerveau inspire linformatique industrielle C Architecture des microcontrleurs

    II Codage, instructions assembleur, modes dadressage des instructions A Codage binaire et hexadcimal, complment deux B Premier programme assembleur et algorigramme correspondant (TP1) C Modes dadressage des instructions

    III Etude du fonctionnement du microcontrleur

    A Structure des ports entres sorties B Phase de dmarrage du microcontrleur C Excution dune instruction D Les registres E Organisation de la mmoire

    IV Les interruptions, exemple avec bouton poussoir

    A Interruptions: dfinition et gestion (TP2) B Interruption par appui sur bouton poussoir

  • 7

    L'informatique industrielle est une branche de l'informatique applique qui couvre l'ensemble des techniques de conception et de programmation, de systmes informatiss vocation industrielle, qui ne sont pas des ordinateurs. (Source : Wikipdia)

    L'informatique industrielle

    Source : Ascom S.A.

    I Catgories de systmes programmables, architecture des microcontrleurs A Prsentation de linformatique industrielle et des systmes micro-programms

  • 8

    L'informatique industrielle

    Domaines d'applications :

    Alarme, automobile, aviation, instrumentation, mdicale, tlphonie mobile,

    terminaux de paiement pour carte bancaire ...

    Image fournie par Microchip

  • 9

    L'informatique industrielle

    Applications :

    Automates, robotique,

    Mesures de grandeurs physiques,

    Systmes temps-rel,

    Systmes embarqus.

    Source : Ascom S.A.

  • 10

    Les diffrents systmes programmables

    Les circuits spcialiss ou ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

    Les circuits ASIC sont des circuits spcialiss ds leur conception pour une application donne.

    Exemples : DSP (Digital Signal Processing), co-processeur arithmtique, processeur 3-D,

    contrleur de bus, ...

    Avantages :

    Trs rapide

    Consommation moindre

    Optimis pour une application

    Inconvnients :

    Faible modularit

    Possibilit d'volution limite

    Cot

    Source : Texas Instruments

    Source : NVidia Un ASIC, circuit intgr propre une application, selon France Terme circuit intgr

    dvelopp pour un client est un circuit intgr spcialis. (Wikipedia)

  • 11

    Les diffrents systmes programmables

    Les systmes en logique programme et/ou en logique programmable connus sous la

    dsignation de PLD (programmable logic device, circuit logique programmable)

    FPGA (field-programmable gate array, rseau de portes programmables in-situ),

    PAL (programmable array logic, rseau logique programmable),

    ...

    Avantages : Forte modularit

    Rapidit

    Inconvnients : Mise en oeuvre plus complexe

    Cots de dveloppement levs

    Un circuit logique programmable, ou rseau logique programmable, est un circuit intgr logique qui peut tre reprogramm aprs sa fabrication. Il est compos de nombreuses cellules logiques lmentaires pouvant tre librement assembles. (Wikipdia)

    Source : Altera Source : Altera

  • 12

    Les diffrents systmes programmables

    Les systmes micro-programms :

    Les micro-contrleurs sont typiquement des systmes micro-programms.

    Un microcontrleur est un :

    Circuit intgr comprenant essentiellement un microprocesseur, ses mmoires, et des lments personnaliss selon l'application. (Arrt franais du 14 septembre 1990 relatif la terminologie des composants lectroniques.)

    Avantages :

    Mise en uvre simple

    Cots de dveloppement rduits

    Inconvnients :

    Plus lent

    Utilisation sous optimale

    Microcontrleur Microchip PIC16F690

    en botier DIL20

    PIC : Programmable Interrupt Controller

    Un microcontrleur contient un microprocesseur.

  • Nouveau paradigme: Larchitecture neuromorphique

    Principes de base des systmes dinformation:

    Ils expriment linformation sous la forme dtats binaires (0 et 1)

    Microprocesseurs classiques transistors reposant sur la charge

    Charges passantes (1) ou

    Bloques, absence de courant (0)

    Autres possibilits:

    lumire

    Photons passants (1) ou

    Bloqus, absence de lumire (0)

    son

    Phonons passants (1) ou

    Bloqus, absence de son (0)

    spin (spintronique)

    Polarisation parallle (1) ou

    Polarisation antiparallle (0)

    I Catgories de systmes programmables, architecture des microcontrleurs

    B Architecture neuromorphique : comment le cerveau inspire linformatique industrielle

  • Quelques chiffres:

    1 mm3 de cortex: 90 000 neurones, 700 000 synapses, 4 kms daxones;

    Consommation 30 W (cerveau du chat 2W)

    Un neurone prsente une membrane, K+ lintrieur, Na+ lextrieur

    la diffrence de potentiel change

    spike de 50 mV.

    Propagation de spikes le long dun axone: (1)

    Absence de propagation de spikes: (0)

    Nouveau paradigme: Larchitecture neuromorphique

  • Cerveau Microprocesseur

    Type de systme Systme paralllis Systme une unit de calcul, lunit arithmtique et logique

    Propagation de linformation

    Echange dions chargs +

    Courant lectrique

    Tensions Potentiel daction 50 mV (faible)

    Tension dalimentation 1V (leve)

    Puissance consomme

    30 W

    100 W / cm2 (=centrale nuclaire ou plaque chauffante)

    Accs la mmoire Par contenu Par adresse

    Nouveau paradigme: Larchitecture neuromorphique

  • Cerveau Exemple du plus gros ordinateur Blue Gene

    Vitesse (Tera FLOPS) FLOPS: Floating Point Operations per Second

    100 000 TFLOPS 478 TFLOPS

    Puissance consomme 30 W 2 MW

    Mmoire vive 16 To

    Capacit de stockage 400 To

    Nombre d units centrales

    100 milliards de neurones

    147 000 processeurs

    Nouveau paradigme: Larchitecture neuromorphique

  • Essentiel: ordre de grandeur du potentiel daction faible (50 mV

  • 18

    Deux types de processeurs

    CISC : Complex Instruction Set Computer

    RISC : Reduced Instruction Set Computer

    Grand nombre d'instructions,

    Type de processeur le plus rpandu

    Nombre d'instructions rduit

    (slection des instructions pour une excution plus rapide)

    Dcodage des instructions plus rapide

    I Catgories de systmes programmables, architecture de