Presentación general

Presentación general.

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA.

Electrónica Digital III

Ingo. Eugenio Duque Pérez

Abril 22 del 2014

Curso. Identificación. Conocimientos previos.

Curso. Identificación. Conocimientos previos.

Código: Electrónica Digital III Código : 2547710 Créditos: 5 (4 horas teóricas y 3 prácticas). Laboratorio: Incluido en la materia. Otros: No validable, obligatoria y no habilitable. Prerrequisitos: 2547610 Electrónica Digital II. Conocimientos previos :

Unidad Central de Procesamiento. CPU. Pasos de ejecución de una instrucción. Lenguajes de bajo nivel (assembler) y alto nivel “C”. Interfaz hardware/software Hardware: Diseño, análisis, síntesis e implementación.

Curso. Conocimientos adquiridos una vez finalizado.

Curso. Conocimientos adquiridos una vez finalizado.

Descripción global de un sistema embebido para dar solución técnica a un problema o necesidad.

Identificar restricciones y especificaciones técnicas. Documento de requisitos.

Analizar posibles soluciones al problema Diseñar solución basados en MCU. Codificar basados en lenguaje C y/o leng. ensamblador. Simular la operación funcional del sistema Implementar físicamente, en Sistema de desarrollo.

Verificación exhaustiva de posibles fallas. Validar

operación

Sistemas EmbebidosVistazo general

Sistemas EmbebidosVistazo general

Los dispositivos electrónicosCelulares.Reproductores MP3/MP4.Unidades de DVD.XBOX, PS1/2/3.Periféricos de un PC.

Son ejemplos de Sistemas EmbebidosHardware, Software y/o Firmware.

Sistemas EmbebidosSistemas Embebidos

Sistema Embebido Sistema Electrónico. Unidad de Procesamiento. Desarrolla una o varias tareas específicas.

No se concibe como un ordenador/computador Usos muy diferentes. Precio y Consumo. Aplicaciones de Tiempo Real.

EntradasSensores, periféricos


ProcesamientoTiempo real


SalidasActuadores, periféricos


Sistema para el procesamiento de información que está incrustado dentro de otros sistemas. Carros. Equipos de Telecomunicación. Electrónica de consumo y más…

Características Principales Limitantes de Tiempo Real. Requerimientos de fiabilidad y eficiencia.



Importancia Los Sistemas Embebidos son considerados las

aplicaciones más importantes del área de tecnología de información para los años venideros.

Relación directa con el término la era Post-PC.Los computadores tradicionales no dominarán

más. Desaparece el computador como lo conocemos. Procesadores y Software en sistemas muy

pequeños.Al estar en todas partes, se vuelve algo tan común

que ni siquiera nos preguntamos si existe!!!


Grandes C

omputadoras

Mainfram

es!!!

80’s

Com

putadores personales

PC

’s

90’s

Equipos M

óvilesP

DA

s, Celulares

2000’s FuturoE

n todas partesP

ostPC


Computación Ubicua.Proveer información en cualquiera lugar, en

cualquier momento debido a que: El uso de un computador tradicional es complejo. Se pierde mucho tiempo para realizar una actividad.

Computación Pervasiva.Similar al caso anterior.

La idea principal, sistemas en todas partes, a todo momento, que el uso de los sistemas sea realmente transparente para el usuario!!!

1111Objetivos/Requisitos/Características Qué se planea hacer en este curso y cómo cumplirlo ?

2222Metodología/Recursos Cómo se desarrolla este curso y qué recursos se van a emplear ?

3333Contenido del curso Un breve overview al curso de Sistemas Embebidos

4444Detalles finales Elementos de suma importancia para el desarrollo del curso

Agenda para la claseAgenda para la clase

Objetivo/Requisitos y características. Objetivo General

Objetivo/Requisitos y características. Objetivo General

Capacitar al estudiante en el diseño e implementación de sistemas embebidos básicos, desde el punto de vista hardware/software, programación de bajo y alto nivel y aplicaciones circuitales de baja y mediana complejidad, empleando como unidad central de procesamiento el microcontrolador, partiendo de un muy completo Documento de

Requisitos.

Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos


Comprender que es un sistema embebido entendiendo su importancia, límites, restricciones, áreas de aplicación, requerimientos de diseño y unidades funcionales que lo

conforman. Hardware

Máquina computacional(MPU, MCU, DSP, ASIP)

Memorias, ICs, ASICs

HardwareMáquina computacional

(MPU, MCU, DSP, ASIP)

Memorias, ICs, ASICs

Software

Instrucciones almacenadas en

memoria.

Firmware.

Software

Instrucciones almacenadas en

memoria.

Firmware.








Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos Generar un ambiente de diseño real donde los

estudiantes se enfrenten a limitaciones de costo, tiempo de desarrollo, consumo de potencia, desempeño, robustez,necesidad de trabajo en equipo y divulgación de resultados.


Objetivo/Requisitos y características. Objetivos específicos Identificar los diferentes elementos que

intervienen en la programación de una unidad central de proceso como son: los registros, los modos de direccionamiento, el conjunto de instrucciones, interrupciones, memoria, puertos de E/S y periféricos.

Registros de Datos Registros de

DireccionesContador de

Programa Códigos de Condición

Apuntador de Pila

DirectoIndirecto

AbsolutoInmediato

RelativoRe

gis

tro

s

M. D

ire

ccio

na

m.

MovimientoAritméticas

LógicasBits

Programa

Inst

ruc

cio

ne

s



Comprender qué son y para qué se utilizan los lenguajes de bajo y alto nivel en la programación de una unidad central de proceso, además de su uso para la programación de sistemas

embebidos orientados al bajo consumo.



Llevar a cabo : prácticas, proyectos de laboratorio y diseño e implementación de prototipos de sistemas reales que afiancen los conocimientos adquiridos durante el curso.

Objetivo/Requisitos y características. Requisitos del curso


Sistema Embebido

ELECTRÓNICA BÁSICA

ELECTRÓNICA BÁSICA

CIRCUITOS DIGITALESCIRCUITOS DIGITALES

MÁQUINAS DE ESTADO

MÁQUINAS DE ESTADO

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

ALGORITMOSALGORITMOS

PROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓN


Objetivo/Requisitos y características. Requisitos del cursoPara así poder diseñar:

HardwareCPU.Memoria.Periféricos.Interconexión.

SoftwareAlgoritmos.Eventos.Módulos.Control.

Sistema Embebido

Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir

Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplirCaracterísticas de los Sistemas

Embebidos Sistemas Embebidos

Sistema de Procesamiento de Información. Está embebido en un producto más grande. Normalmente no es visible por el usuario. Interactúan con el entorno.

Conexión con el Entorno Sensores: Recolectan información del entorno. Actuadores: Controlando el entorno.






Embebidos Fiabilidad: Alta probabilidad de que el sistema no

tenga fallos. Mantenimiento: Alta probabilidad de que un fallo en

el sistema pueda corregirse en un tiempo prudente. Disponibilidad: Alta probabilidad de que el sistema

esté disponible. Depende de los anteriores. Sistema Seguro (safety): Propiedad de no producir

daños en caso de un fallo. Seguridad con la info. (security)): Confidencialidad

con la información.

Objetivo/Requisitos y características. Carecterísiticas a cumplir.

Objetivo/Requisitos y características. Carecterísiticas a cumplir.Características de los Sistemas

Embebidos Uso de periféricos particulares

Normalmente: sin teclado, sin mouse, sin discos duros, sin grandes pantallas.

Interfaces de Entrada/Salida: Botones o pulsadores, teclados matriciales, displays de 7 segmentos y LCDs, joysticks, pedales, entre otros.

Sistemas Híbridos Sistemas Análogos y Sistemas Digitales.

ENTORNOENTORNOSensores(Análogo)

Sensores(Análogo)

Actuadores(Análogo)

Actuadores(Análogo)



Embebidos Sistemas Reactivos

Están en continua interacción con el entorno. Ejecuta una orden de acuerdo al mismo entorno. Esperan a que se produzca un evento, estando en cierto

estado. Al producirse el evento, realizan determinado

procesamiento generando datos de salida y pasando a un nuevo estado.

ENTORNOENTORNOSistema EmbebidoSistema Embebido

Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir.

Objetivo/Requisitos y características. Características a cumplir.Características de los Sistemas

Embebidos Operación reactiva en tiempo real

Existe un valor máximo para el tiempo de respuesta. Garantiza un límite para el peor caso. Ante eventos periódicos: scheduling para elevar

desempeño. Eventos aperiódicos: máxima tasa de entrada para

determinar peor caso.Presentación del Evento

Máx. Tiempo Respuesta

Tiempo Respuesta.



Características de los Sistemas EmbebidosOperación en ambientes hostiles.Energía y consumo de potencia.Tamaño del firmware.Eficiencia en tiempo de Ejecución.Peso, tamaño y costo.Facilidad de comunicación con otros sistem.

AplicacionesAplicaciones

Sistema Embebido

AUTOMOTRIZFrenos.Motor.Aire acondicionado.Sistema GPS.Marchas.Control Tracción.

AUTOMOTRIZFrenos.Motor.Aire acondicionado.Sistema GPS.Marchas.Control Tracción.

AvionesControl vuelo.Anti-Colisión.Información.Fiabilidad 100%.

AvionesControl vuelo.Anti-Colisión.Información.Fiabilidad 100%.

S. MÉDICOSMarcapasos.ECG.Diálisis.Fiabilidad 100%.

S. MÉDICOSMarcapasos.ECG.Diálisis.Fiabilidad 100%.

CONSUMOLavadoras.Neveras.Microondas.Relojes.Video Juegos.Cámaras de Video.

CONSUMOLavadoras.Neveras.Microondas.Relojes.Video Juegos.Cámaras de Video.

A continuación…A continuación…

Detalles finales acerca del curso

Breve descripción del contenido del curso

Metodología y recursos

Objetivos, requisitos y características del curso


Metodología y RecursosMetodología y Recursos

Fundamentación teórica por parte del profesor. Lecturas por parte del estudiante.

Se invita al estudiante a ser bastante autodidacta!!! Consulta permanente de información técnica. Lecturas permanentes sobre innovación y desarrollos.

Laboratorio: Sistema de desarrollo. Solución a problemas reales. Kit de desarrollo para el JM60 perteneciente a la familia

HCS08 de Motorola. Tarjeta madre, tarjeta auxiliar con el JM60, posibilidad

de conexión de ICs externos, teclado, LCDs, displays,LEDs, suiches,etc. Ver sistema

Metodología y RecursosMetodología y Recursos






Breve descripción gráfica del contenido del curso

Conceptos GeneralesConceptos Generales

Introducción a los Sistemas Embebidos


Componentes Principales de un S.E.


E/S 1

E/S 2

E/S 3

E/S 4

E/S 5

E/S n

CPU

Memoria

A/D

IRQ/KBI

CAPTURE

PWM

SERIAL

I2C

Antes: Elementos por separado …Ahora: Todo en uno … Aplicaciones …

Desarrollo de FirmwareDesarrollo de Firmware

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

MEMORIAMEMORIA

RELOJRELOJ

SOFTWARE

SOFTWARE

Lenguajes de Bajo y Alto Nivel.

Circuitos Digitales III Semestre 2013/01


Programación.Sumar dos valores y

comparar si el resultado es mayor o

igual a 10

int suma;suma = A + B;if (suma >= 10) printf (“Mayor que…”);else printf (“Menor que…”);

move.w (A0)+,D0add.w (A0),D0cmp.w #10,D0bgt Print_Msg_Abra Print_Msg_B…Print_Msg_A:…

01000100010100…10101001001010…01001001000101…11011101010101……



Lenguaje C para Sistemas Embebidos. El Preprocesador. Variables y Tipos de Datos.

Modificadores: const, extern, volatile, static, far,, near, unsigned, signed, etc.

Arreglos, estructuras de datos, punteros.

Memoria 8-Bits

unsigned char X = 0x10;unsigned int A = 0x1200;unsigned long B = 0x8795EF11;

0x10$00400x120x00

$0041$0042

0x870x950xEF0x11

$0043$0044$0045$0046

Tipo de Dato Variable y Valor Ini.

Controlador de Eventos

Inicio Programa

Inicialización

Bajo Consumo

EV. 1

EV. 2 EV. 3

EV. n¿Eventos?

Evento (Interrupción) Sin Eventos, esperando

Metodología de EventosMetodología de Eventos

MicrocontroladoresMicrocontroladores

Programación de un HC08 y Flexis.

01101101

PuertoEntrada

CPU

PTA7

PTA6

PTA5

PTA4

PTA3

PTA2

PTA1

PTA0

MC

U H

C08 / F

lexis

GN

DG

ND

5v

5v

5v

5v

0v

5v

0v

5v

MicrocontroladoresMicrocontroladores

Unidades Funcionales. Comunicación Serial, UART, Módulo SCI. Módulo TIMER. Módulo ADC.

01101101

01101101CPU SCI, SPI, I2C

EquipoExternoTIMER

Eventos Externos‘1’ ó ‘0’

Notificación Periódica

Señal PWM

A/DSeñal Análoga

0V a 5V Código Digital

Amplitud

Tiempo

VREF_HIGH

VREF_LOW

Aplicaciones con S.E.Aplicaciones con S.E.

Protocolo de Comunicación I2C

Manejo de LCDsS I S T E M A S E M B E B I D O S

P1MCU, MPU,

DSP …

P1MCU, MPU,

DSP …

P2MCU, MPU, LCD, MEM,

RTC …

P2MCU, MPU, LCD, MEM,

RTC …

SCL o señal de Reloj

SDA o señal de Datos


Transmisión Serial

00111001

CPU

UART

Memoria

MUNDO EXTERIOR

10011100

10011100

8

8

La CPU lo toma de memoria

La CPU se lo pasa a la

UART

El dato se transmite

serialmente.


Ev. n (Productor)

FIFO?

Otros Eventos

Poner Datos

Llena

No Llena

FIFO LLENA?

Escribir en FIFO

Actualizar puntero

Siguiente posición

Primera posición

Retornar

FIFO: Producción de Datos Llena

No Llena


Control de Motores DC.

PI DigitalPI Digital Power PWMPower PWM

SensadoSensado

e(k) m(k)SP+

-


Arreglos y vectores

Manejo básico E/S

Algoritmos eficientesContador

simple

11 22 33

44 55 66

77 88 99

** 00 ##

AA

BB

CC

DD

Teclado

DisplaysSensado

Buzzer

25/02/08 - 8:35 PM Monitoreo: Activado

LCD

RTC

Memoria

MOTOR DC







BibliografíaBibliografía

Base de datos del Area de Técnicas Digitales.Ing. Electrónica UdeA.

Profs:Germán García, Johnny Aguirre, Juan Franco, Eugenio Duque

Jonathan Valvano, Developing Embedded Software in C Using ICC11/ICC12/Hiwire.

Jonathan Valvano, Embedded microcomputer systems, Real time interfacing, Brooks/Cole, 2000.

BibliografíaBibliografía

Teoría y diseño con microcontroladores de Freescale. Flia Flexis 32 bits. Antonio Díaz E. Mc Graw Hill.

CPU08 Central Processor Unit. Reference Manual. Freescale Semiconductor.

MC9S08JM60 Data Sheet. Freescale. HCS08 Microcontrollers. Programación de Sistemas Embebido en C. Gustavo Galeano.

Edit. AlfaOmega. 2009. Sistemas Empotrados en Tiempo Real. José Daniel Muñoz

Frías.2009 Documentos ubicados en : http://microe.udea.edu.co/~eaduque Proyectos interesantes a nivel mundial y prácticas

implementadas en el curso: https://www.dropbox.com.........

EvaluaciónEvaluación

Parte teórica. Valor 50% 2 parciales cada uno del 20% 2 pruebas cortas, cada una del 5 %. 1 prueba corta (opcional) de valor 5%. Puede reemplazar

una de las dos anteriores.

Parte práctica. Valor 50% Práctica No. 1. Diseño PCB. Valor: 5% Práctica No. 2. Leng. Ensamblador Valor : 10% Práctica No. 3. Lenguaje C. Valor : 10% Práctica No. 4. Manejo de Interrupc. Valor : 12%

Práctica Final. Diseño de aplicación. Valor : 13%.. .

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