Aula 4 - Arquitetura de Sistemas Embarcados I

7/31/2019 Aula 4 - Arquitetura de Sistemas Embarcados I

1/49


2/49

Direcionamento 1 aula Introduo a Sistemas Embarcados

2 aula Microcontrolador ATMEGA168

3 aula Projeto de Firmware


3/49

Direcionamento 4 aula Projeto de Firmware

5 aula Gerenciamento de energia

6 aula Projeto final


4/49

Objetivos Esclarecer dvidas sobre os exerccios da ltima

aula

Conhecer caractersticas e tcnicas importantes doprojeto de sistemas embarcados

Aprender a utilizao delas, de modo a reduzir o

tempo gasto com depurao

Entender como as tcnicas auxiliam na confecode firmwares mais confiveis, robustos e seguros.


5/49

Conceitos vistos na aula passada Fluxo de desenvolvimento

Hardware e Firmware

Kit de desenvolvimento

Estrategias de desenvolvimento de Firmware


6/49

Conceitos vistos na aula passada Estruturas basicas de Firmware

Keywords importantes Static, const, register, inline, volatile, #define

safeguard

Tipos de dados com tamanho fixo

Exerccios


7/49

Estrutura desta aula Transferncia de cdigo Exerccios sobre perifericos Conceitos importantes de Sistemas embarcados

Reentrncia Armazenamento em memria de programa

Condio de corrida Organizao da memria Stack overflow Fragmentao do heap


8/49

Fluxo de desenvolvimentoConcepo do

produto

Definio dohardware

Definio dofirmware

Download eteste

Integrao


9/49

Instalao do kit Conexo pela USB

Instalao do driver do FT232RL (conversorUSB-serial)

Localizao do arquivo para gravao no kit:arquivo binrio formato Intel Hex (arquivo.hex)

Ativao do software de transferncia defirmware. (AVRdude ou AVRAdaptor)


10/49

AVRDUDE

Aplicativo para programao de AVR

Criado para quaisquer MCU com ISP

AVRDUDE arduino: Verso especfica para ATMEGA com bootloader arduno.

Emula o funcionamento do KIT ATMEL STK-500 Preparado para lidar com o chip FTDI-232 Prprio para ser utilizado com a interface nativa arduno Linha de comando Possvel integrao com AVRStudio4


11/49

Procedimento AVRDUDE

Software AVRDUDE arduno1. Comunicao com o FTDI-232 Reset ATMEGA168

2. Sinalizao de gravao execuo bootloader

3. Negociao com o Bootloader para receber um

arquivo binrio e grav-lo na FLASH

4. FTDI-232 - Reset do ATMEGA execuo normal


12/49

Procedimento AVRDUDE

avrdude -v -pm168 -Cavrdude.conf -cstk500v1-Pcom3 -b19200 -Uflash:w:C:\ProjetoTeste.hex:i

Mostrar oandamento

Microcontrolador

Configurao

Tipo doprogramador

Configuraesda interface Segmento Operao:

Write

Caminho

Formato:Intel Hex


13/49


14/49

Instalao AVRAdaptor Descompactar AVRAdaptor.rar

Title: AVRAdaptorCommand: java.exeArguments: java -jar Initial Directory: $(ProjectDir)


15/49

Instalao AVRAdaptorExemplo:Neste exemplo os arquivos do AVRAdaptor e do

avrdude estao em "C:\temp"

Title: AVRAdaptor

Command: java.exeArguments: -jar "c:\temp\AVRAdaptor.jar" m168

com3 19200 $(ProjectDir) "C:\temp"Initial Directory: $(ProjectDir)


16/49


17/49

Exerccios da aula passada At o intervalo


18/49

1 Exerccio GPIO e Interrupes Configurao bsica:

GPIO: PortB: PB4 e PB5: sada PB2 e PB3: entrada

Interrupes externas Int0: borda de descida Int1: alterao de nvel

Elaborar uma forma de testar a configurao No kit (prefervel) ou Simulador Proteus


19/49

2 Exerccio EEPROM e Serial

Utilizao de perifricos e kit dedesenvolvimento

Elaborar um sistema seja capaz de guardar trsbytes na memria EEPROM. Os trs primeiros bytes enviados pela serial

devem ser armazenados.

Ao POR os trs dados devem ser enviados pelaserial. Deve se comunicar com um emulador de terminal

(usar software Hercules)


20/49

3 Exerccio A/D e Timers

Utilizao de perifricos e kit dedesenvolvimento na solucao de um problemareal dimmer Dever controlar o brilho de um led O brilho dever obedecer a posio de um

potencimetro.


21/49

Intervalo


22/49

Reentrncia

uma funo poder ser chamada por si ou poroutra funo N vezes antes de uma execuoanterior ter sido finalizada, sem alterao do

resultado de nenhuma delas


23/49

Exemplo de no-reentrnciaint exp = 4; //globaldouble pwd(double x)

{ if (exp


24/49

Exemplo de no-reentrncia-potenciao

Processo 1power(5,4)5*power(5,3)

5*power(5,1)5*1


2*power(5,0)2*1


25/49

Exemplo de reentrnciadouble pwd(double x, int exp)

{ if (exp


26/49

Exemplo de reentrncia -potenciao


5*power(5,2)5*power(5,1)5*1


2*power(5,2)2*power(5,1)2*1


27/49

Reentrncia Importncia

Confiabilidade em Multi-Threading Uma main e diversas interrupes Diversos processos em um RTOS

Gerenciamento de memria Chamadas subseqentes no ocupam mais

memria. Apenas a pilha de funes alterada possvel ter N chamadas a mesma funo, sem

esgotar a memria


28/49

Condies para reentrncia No modificar a si prprio:

A instrues devem ser as mesmas

Boa parte dos embarcados executam da flash

Algumas linguagens permitem essa modificao,

como Cobol, Perl, Python, Lisp

No chamar funes no reentrantes A contaminao com cdigo no reentrante se

propaga e invalida a rentrncia de outras funes


29/49

Condies para reentrncia

As variveis modificadas pela funo devempertencer quela instncia da funo: Se a funo for chamada N vezes as variveis

modificadas devem ocupar N locais diferentes na RAM.

No manter referncia nem retornar endereos avariveis static ou globais

No bloquear o acesso a variveis compartilhadas

Deve modificar apenas os dados fornecidos por quem

chamou


30/49

Cuidados com a reentrncia ISR so inerentemente no reentrantes:

Dependem de recursos nicos Bloqueiam o acesso a eles

Condio bsica para permitir a recursividade

Apesar de no ser muito comum em sistemasembarcados


31/49

Como fazer funes reentrantes? Modificar os hbitos de programao

Tanto para embarcados quanto para desktop Escrever funes que modifiquem somente os

dados que lhe foram passados Cuidado com ponteiros que apontam para a

memria de programa

Utilizar bibliotecas reentrantes Utilizar a newlib Ansi C ao invs da Ansi C

Monitorar o uso de memria Previne outros problemas relativos a memria


32/49

Armazenamento de dados emprograma Em geral existe mais memria de programa do

que memria RAM 16kByte(programa )x 1kByte(dados) ATMEGA168

Objetivo

Remanejar o armazenamento de acordo com anecessidade. Em alguns casos, possibilitar a construo do

sistema.


33/49

Arquitetura Harvard modificada

CPU

Instrues + constantes Dados

En

dereo

B

En

dereo

A

Dados

A

Dados

B

Memria Flash Memria RAM


34/49

Armazenamento de dados emprograma Exemplo no AVRStudio

ProjetoExemploDadosNoProg


35/49

Condio de corrida

o evento no qual dois ou mais processosconcorrerem ao mesmo recurso, modificando o

resultado de um ou mais processos.


36/49

Condio de corridamain() ISR()

Dado disponvel

Processamento

Processamento

Dado disponvel

Dado disponvel

Dado disponvel

Possvelcorrompimento

CPU ocupada


37/49

Causas da condio de corrida

Variveis compartilhadas

Preempo aleatria


38/49

Como evitar a condio de corrida Cuidar de eventos que devem ser executados

atomicamente Verificao de flags, operaes aritmticas

Garantir pares de aes

Recepo -> ACK, Dado novo -> Verificao

Desabilitar interrupoes caso necessrio Risco de ignorar eventos


39/49

Organizao de memria de programa

.vectorsFunes

eincludes

mainEspao

livreBoot

loader

0x0000Fim .vector 0x0033Inicio Appl. 0x0034

0x1FFFFim Appl. 0x1BFF

Inicio .bootloader 0x1C00

Aplicao

8kWords = 8192 endereos x 16bitsou

16384 endereos x 8bits (Cuidado!!!)

7168 x 16bits 1024 x 16bits

Seo .textSeo.bootloader


40/49


41/49

Organizao de memria de dados

.data .bss heapEspao

livrestack

__data_start

__data_start = __bss_start

__bss_end = __heap_start

__heap_end

stack pointer

RAMEND

Constantes eVariveis static

Constantes eVariveis staticno inicializadas

Espao paraalocao dinmica Pilha


42/49

Organizao de memria Exemplo no AVRStudio

ProjetoExemploMapaMemoria


43/49

Stack Overflow

o evento de ter-se uma pilha escrevendo emuma regio de memria protegida.


44/49

Organizao de memria de dados

.data .bss heap stack

.data .bss heap Espaolivre

stack

Pilha linear

Pilha circular


45/49

Como evitar Stack Overflow Monitoramento do ponteiro da pilha

Stack pointer

Executar uma rotina peridica que verifique se oStack pointer no est invadindo o heap


46/49

Fragmentao do Heap

o evento de se ter uma alocao to irregularno heap que impede alocaes subsequentes


47/49

Espao livre

Fragmentao no Heap

X Y A1 B3 Espaolivre

2bytes 1bytes 3bytes 3bytes 2bytes

11bytes

Espaolivre

Espaolivre

3bytes B3Impossvel alocar 3bytes


48/49

Como evitar a fragmentao noheap No utilizar alocao dinmica

Na verdade at pode, mas uma vez somente

e no inicio do firmware.

Fazer alocaes de tamanho fixo


49/49

Prxima aula

Gerenciamento de energia

Aula 4 - Arquitetura de Sistemas Embarcados I

Documents

Transcript of Aula 4 - Arquitetura de Sistemas Embarcados I