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Microprocessadores Eng. Elétrica Prof. Antonio H. Sousa

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Apresentação em tema: "Microprocessadores Eng. Elétrica Prof. Antonio H. Sousa"— Transcrição da apresentação:

1 Microprocessadores Eng. Elétrica Prof. Antonio H. Sousa

2 Ementa 1. Introdução 2. Análise funcional de microprocessadores 3. Análise operacional de microprocessadores 4. Interligação de memórias 5. Programação Assembly 6. Interfaces de comunicação 7. Circuitos periféricos

3 Bibliografia 1. Embedded Microprocessor Systems: Real World Design 2. Handbook of Microcontrollers 3. The Art of Programming Embedded Systems Material /departamentos/dee/professores/dee2ahs/Site-mip/index.htm

4 Metodologia 1. Aulas expositivas 2. Experiências em laboratório 3. Projeto final: trabalho experimental

5 Avaliação TEORIA: 70% da média 1.Prova escrita em 10/04 2.Prova escrita em 21/06 Exame: 07/072a Época: 14/07 LAB: 30% da média 1. Experiências (30%) 2. Trabalho experimental (70%)

6 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/O em um único CI, usado para controle.

7 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.

8 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.

9 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:

10 1.3. Evolução dos sistemas dedicados 1a geração: - hardware primitivo (memória e processamento limitados) - interface precária com o usuário (leds e displays 7seg) - sem comunicação com outros sistemas 2a 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

11 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

12 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 interrupções Características (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

13 Microcontroladores com memória externa Composição (usual): - barramento de 16 ou 32 bits - memórias de programa e dados externas - controladores de DMA e de interrupção Características (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

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

15 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

16 1.6. Tipos de memórias

17 1.8. Principais fabricantes Microcontroladores: - Intel, Motorola, MicroChip, National, Texas, Zilog, Sharp DSPs: - Texas, Motorola, Analog Device

18 1.7. Características Tecnologia 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

19 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)

20 Continuação: Modo de baixo consumo: - 1 A (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

21 1.9. Linguagens de programação Ambiente de programação: - hospedado em outro computador (SW, recursos de I/O, etc) Características dos programas: - utiliza pouca memória - forte interação com o hardware

22 Continuação: Linguagem Assembly: - semelhante à dos microprocessadores tradicionais - modos de endereçamento variados Linguagem 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

23 Tarefas 1. Leitura do texto Introdução aos Sistemas Dedicados.


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