Sistemas Digitais Microprocessados Microcontroladores Sistemas Digitais Microprocessados (SDM) AULA 1 Profa. Ana T. Y. Watanabe atywata@gmail.com.br

“O temor do Senhor é o princípio do conhecimento, mas os insensatos desprezam a sabedoria e a disciplina.” Provérbios 1:7

1. INTRODUÇÃO 1.1. Definições 1.2. Aplicações 1.3. Evolução dos Sistemas Embarcados 1.4. Processadores Sinais Digitais (DSP)/ Controladores de Sinais Digitais (DSC) 1.5. Arquitetura dos Sistemas Embarcados 1.6. Principais fabricantes

1. 1 Definições Microprocessador (MPU)  Incorpora num único CI LSI (100 a 999 portas) às funções da CPU. Processamento complexo, alto custo. Ex.: Microcomputadores, aparelhos eletrônicos em geral. Microcomputador  Membro da família de computadores que consiste de um CI de microprocessador, CIs de memória, e CIs de interfaces de I/O. Microcontrolador (µC, uC or MCU)  CPU + memória + vários periféricos em um único CI, usado para controle. Microcontrolador Embarcado/Dedicado  Microcontrolador que está embutido em um produto comercial que pode ser um dispositivo ou sistema específico.

1. 1 Definições – cont. Sistema Embarcado/Embutido É um sistema microprocessado no qual o computador é completamente encapsulado ou dedicado ao dispositivo ou sistema específico que ele controla. Diferente de computadores de propósito geral, como o computador pessoal, um sistema embarcado realiza um conjunto de tarefas predefinidas, geralmente com requisitos específicos. Ex.: celulares, controle automotivo, eletrodomésticos, etc.

1. 1 Definições – cont. Apollo Guidance Computer (AGC) Foi o primeiro sistema embarcado da história, desenvolvido pelo MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) no início dos anos 60 para equipar as naves do Projeto Apollo. Permitia aos pilotos fornecerem e receberem informações de voo, além de controlar automaticamente todas as funções de navegação da nave.

1.2. Aplicações Grande Expansão:  aut. residencial, aut. industrial, indústria automotiva e de telecomunicações. Exemplos: Todos os automóveis modernos contêm ao menos um microcontrolador (até 6 ou 7): o motor, controle de velocidade, freios antitravamento. Câmeras digitais, telefones celulares, filmadoras, impressoras a laser, telefones que possuem identificador de chamadas, memória para 20 números, etc., além de refrigeradores, lava-louças, lavadoras de roupas e secadoras (os que possuem visores e teclados). Basicamente, qualquer produto ou dispositivo que interaja com o usuário possui um microcontrolador interno.

1.2. Aplicações 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.

1.3. Evolução dos sistemas embarcados 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)

1.3. Evolução dos sistemas embarcados– cont. 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, DSP (Digital Signal Processor – sinais de video e áudio, etc.).

1.4. Processadores Sinais Digitais (DSP) Diferem dos microprocessadores na arquitetura de hardware, software e no conjunto de instruções, o qual é otimizado para o tratamento digital de sinais. São empregados em aplicações que exigem processamento de sinais em tempo real, tais como: áudio, imagem, temperatura, intensidade luminosa, pressão, sinais biomédicos, etc. São capazes de realizar operações MAC (Multiplica e ACumula em um único ciclo de instrução), permitindo o processamento em tempo real.

1.4. Processadores Sinais Digitais (DSP) Composição (usual): - multiplicador por hardware; - pipeline sofisticado; - arquitetura Harvard; Características (gerais): - arquitetura dedicada ao processamento de sinais em tempo real; - altas taxas de processamento (execução em um ciclo); Alcance: - em expansão (automação, telecomunicações, áudio, imagem, etc).

1.4. Controladores de Sinais Digitais (DSCs) O hardware de um DSC implementa um DSP, além de outros dispositivos periféricos. São designados para aplicações de áudio e controle de movimentos (motores, encoders, etc.), em particular, aquelas aplicações as quais os microcontroladores não são capazes de atender. Possuem tamanho, custo e periféricos internos tais como os microcontroladores, aliado à capacidade de operação MAC dos DSPs.

1.5. Arquitetura de Sistemas Embarcados Von Neumann: - execução seqüencial de instruções - barramento único para instrução e dados Harvard: - maior paralelismo - barramentos separados para instrução e dados CISC (Complex Instruction Set) x RISC (Reduced Instruction Set Computer): - o resultado final depende da aplicação - muitos processadores combinam as duas tecnologias

1.6. Principais fabricantes Microcontroladores: - Intel, Motorola (Freescale), MicroChip, Atmel, National, Texas, Zilog, ST, Sharp DSPs: - Texas, Motorola, Analog Device DSCs: - Texas, Motorola( Freescale), MicroChip