MicroprocessadoresMicroprocessadores

Eng. ElétricaEng. Elétrica

Prof. Antonio H. SousaProf. Antonio H. Sousaheron@joinville.udesc.brheron@joinville.udesc.br

Ementa

1. Introdução 2. Análise funcional de microprocessadores3. Análise operacional de microprocessadores4. Interligação de memórias5. Programação Assembly6. Interfaces de comunicação7. Circuitos periféricos

Bibliografia

1. Embedded Microprocessor Systems: Real World Design2. Handbook of Microcontrollers3. The Art of Programming Embedded Systems

Material

http://www.joinville.udesc.br/departamentos/dee/professores/dee2ahs/Site-mip/index.htm

Metodologia

1. Aulas expositivas2. Experiências em laboratório3. Projeto final: trabalho experimental

Avaliação

TEORIA: 70% da média

1. Prova escrita em 10/04

2. Prova escrita em 21/06

Exame: 07/07 2a Época: 14/07

LAB: 30% da média

1. Experiências (30%)

2. Trabalho experimental (70%)

1. INTRODUÇÃO

1.1. Considerações iniciais

sistema dedicado utilização de algum tipo de CPU exclusiva para o controle ou gerenciamento de um sistema, de forma que essa CPU fique transparente para quem utiliza o sistema por ela controlado.

microprocessador processador em um único CI.

microcontrolador CPU + memória + I/Oem um único CI, usado para controle.

1.2. Aplicações

em grande expansão residenciais, industriais, automotivas e de telecomunicações.uma estimativa uma residência típica americana possui 35 produtos baseados em sistemas dedicados. Esse número deverá crescer para 250, nos próximos anos.

fatores motivadores criar produtos com diferenciação, permitindo a inclusão de melhorias de segurança e de funcionalidade.imposições de mercado alguns mercados impõem os sistemas dedicados como um pré-requisito tecnológico.

Continuação:

grande diversidade calculadoras, sistema de comando por voz, etc.

comunicação na robótica, p.ex., emprega-se vários sub-sistemas dedicados, trabalhando em conjunto.uma aplicação especial coletotes de dados - dimensões físicas reduzidas, baixo consumo e flexibilidade.- chão de fábrica, balões atmosféricos, p. ex.

redução de consumo de recursos naturais:- sistemas de aquecimento modernos- redução de consumo de energia em motores elétricos(dado: 50% de toda eletricidade produzida no planeta é consumida por motores)impacto na indústria de software: a proliferação dos sistemas dedicados e o advento da Microsoft são os responsáveis pela retomada de crescimento da indústria de software nos EUAs.

Impacto das aplicações:

1.3. Evolução dos sistemas dedicados1a geração:- hardware primitivo (memória e processamento limitados)- interface precária com o usuário (leds e displays 7seg)- sem comunicação com outros sistemas2a geração:- hardware mais eficiente (memória e velocidade)- interface mais amigável (displays de cristal líquido, outros)- comunicação via interface serial- software é o diferencial (mais funcionalidades, melhor IHM)3a geração (ainda emergindo):- incorpora as características de H&S dos desktops atuais- 32 bits ou mais, alta capacidade de memória- interface com redes heterogêneas, recursos para DSP

1.4. Tipos de sistemas dedicados

escala crescente de miniaturização:- componentes lógicos discretos- uso de microprocessadores- uso de microcontroladores

três categorias: - sistemas embutidos- microcontroladores com memória externa- processadores digitais de sinais

Sistemas embutidos ou auto-contidos

Composição (usual):- uma CPU, memória RAM, algum tipo de ROM- porta serial, portas paralelas, contadores e temporizadores- e um controlador de interrupçõesCaracterísticas (gerais): - amplo conjunto de instruções para manipular bits- acesso diretos aos pinos de e/s- rápido e eficiente sistema de atendimento de interrupções

Alcance: - implementar sistemas de controle a baixo custo

Microcontroladores com memória externa

Composição (usual):- barramento de 16 ou 32 bits- memórias de programa e dados externas- controladores de DMA e de interrupçãoCaracterísticas (gerais): - possuem pouco pinos de e/s - muita memória (mega bytes)- aproveitamento de tecnologias anteriores (8088, Z80, etc)

Alcance: - sistemas de controle de memória de massa, máquinas de diversão, outros

Processadores digitais de sinais

Composição (usual):- multiplicador por hardware- múltiplas unidades de execução- pipeline sofisticado- arquitetura HarvardCaracterísticas (gerais): - arquitetura dedicada ao processamento de sinais- altas taxas de processamento (execução em um ciclo)Alcance: - em expansão (automação, telecomunicações, etc)

1.5. Arquiteturas de sistemas dedicados

von Neumann:- execução seqüencial de instruções- barramento único para instrução e dados

Harvard: - maior paralelismo- barramentos separados para instrução e dados

CISC x RISC: - o resultado final depende da aplicação- muitos processadores combinam as duas tecnologias

ROM

PROM

EPROM

EEPROM

OTP

flash

1.6. Tipos de memórias

1.8. Principais fabricantes

Microcontroladores:- Intel, Motorola, MicroChip, National, Texas, Zilog, Sharp

DSPs:- Texas, Motorola, Analog Device

1.7. CaracterísticasTecnologia de fabricação CMOS- baixo consumo- facilidades de fabricação- alta densidade de integração- boa imunidade ao ruído- maior interferência eletromagnética (minimizado por filtros)

Capacidade de memória a menor possível- memória interna de programa até 64K (usual) - memória interna de dados até 1K (usual) - memória externa de dados até alguns MBytes

Continuação:

Velocidade de processamento:- de 8 a 20 MHz (usual)Pinos de E/S programáveis- até algumas dezenas de bits- interfaces paralela e serial (I2C, SPI, CAN, MicroWire)

Contadores e temporizadores programáveis - de 1 a 3 conjuntos de registradores (usual)- gerador de PWM (não usual)

Conversores A/D e D/A:- (não usual)

Continuação:

Modo de baixo consumo:- 1A (usual)Sistemas de segurança (não usual):- sistema de rearme automático (watchdog)- monitor de clock - proteção a baixa tensão (brownout protection)- criptografia e “detonadores”

Ferramentas de software incorporadas (não usual): - monitor residente- interpretador BASIC residente

1.9. Linguagens de programaçãoAmbiente de programação:- hospedado em outro computador (SW, recursos de I/O, etc)

mov a,#03hand a,bcall ROTinc a

Microcontrolador

Assembly

Características dos programas:- utiliza pouca memória- forte interação com o hardware

Continuação:

Linguagem Assembly:- semelhante à dos microprocessadores tradicionais- modos de endereçamento variadosLinguagem BASIC:- fácil de aprender- interpretada lenta- simplificação no uso de variáveis gastos com memória

Linguagem C:- disponível de 1985 para microcontroladores- código relativamente compacto e rápido- ponteiros, bitfields, modular, tipologia

Tarefas

1. Leitura do texto “Introdução aos Sistemas Dedicados”.