Curso de Inicialização Cientifica Apresentação de Sistemas Embarcados Alunos: Karan Sandes de Melo e Eron Santos Brunelli.

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1 Curso de Inicialização Cientifica Apresentação de Sistemas Embarcados Alunos: Karan Sandes de Melo e Eron Santos Brunelli

2 Roteiro da Apresentação 1-Historia da informática 2-Sistemas embarcados 3-Processadores de propósito geral 4-Microcontroladores 5-Hardware embarcado Processador Memória Dispositivos de entrada e saída Coprocessadores 6-Porque estamos apresentamos Sistemas Embarcados?

3 O ábaco é um antigo instrumento de cálculo, Teve origem provavelmente na Mesopotâmia, há mais de 5.500 anos. Ele é utilizado ainda hoje para ensinar às crianças as operações de somar e subtrair. 1-Historia da informática

4 Vítima de castração química por ser homossexual, Turing encontrou uma saída para sua desgraça pessoal com o suicídio em 1954. O cientista já era então o “pai da computação e da informática”. Foi ele que em 1930 concebeu a teoria de que a máquina era programável. Um descobrimento que muito ajudou o Governo Britânico durante a Segunda Guerra Mundial para decifrar os códigos nazistas 1-Historia da informática

5 O ENIAC começou a ser desenvolvido em 1943 durante a II Guerra Mundial para computar trajetórias táticas que exigissem conhecimento substancial em matemática, mas só se tornou operacional após o final da guerra. Sua capacidade de processamento era de 5.000 operações por segundo; Criado na segunda guerra, tinha como principal finalidade cálculos balísticos; Possuía 17.468 válvulas, de 160 kW de potência; Esta máquina não tinha sistema operacional e seu funcionamento era parecido com uma calculadora simples de hoje. O ENIAC, assim como uma calculadora, tinha de ser operado manualmente. A calculadora efetua os cálculos a partir das teclas pressionadas, fazendo interação direta com o hardware, como no ENIAC, no qual era preciso conectar fios, relês e sequências de chaves para que se determinasse a tarefa a ser executada. A cada tarefa diferente o processo deveria ser refeito. A resposta era dada por uma seqüencia de lâmpadas. 1-Historia da informática

6 O primeiro transistor (transfer + resistor) foi criado em 1947 na Universidade de Standford nos EUA, por John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain, mas seu uso comercial só ocorreu a partir do final da década de 50. Os transistores vieram a substituir as válvulas. Não esquecer de Falar sobre CLP TRANSISTOR - 1947

7 1-Historia da informática O primeiro transistor (transfer + resistor) foi criado em 1947 na Universidade de Standford nos EUA, por John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain, mas seu uso comercial só ocorreu a partir do final da década de 50. Os transistores vieram a substituir as válvulas. Não esquecer de Falar sobre CLP Inicio da Lógica TRANSISTOR - 1947

8 1-Historia da informática Em 1964, os circuitos integrados feitos de cilício permitiram o miniaturização de componentes eletrônicos. Isso tornou possível reduzir o tamanho e o preço dos computadores. Teve também consequentemente a melhoria de seu desempenho, conseqüentemente de seu poder e também de sua confiabilidade. O INTEL 4004 desenvolvido em 1971, foi o primeiro microprocessador, era o primeiro circuito integrado que incorpora todos os elementos de um computador em somente um caso: unidade calculadora, memória, controle do inputs/outputs. CIRCUITO INTEGRADO (MICROPROCESSADOR) - 1964

9 1-Historia da informática Conversão de valores analógicos (contínuos no tempo e na amplitude) em valores digitais (números binários) Onda sonora Onda elétrica analógica Valores binários (amostras temporais)

10 1-Historia da informática Relação de Valores V max = 7.5V 0V 1111 1110 0000 0010 0100 0110 1000 1010 1100 0001 0011 0101 0111 1001 1011 1101 0.5V 1.0V 1.5V 2.0V 2.5V 3.0V 3.5V 4.0V 4.5V 5.0V 5.5V 6.0V 6.5V 7.0V Conversão Analógico  Digital 4 3 2 1 t1t2t3 t4 0100100001100101 tempo Entrada Analógica (V) Saída Digital Conversão Digital  Analógico 4 3 2 1 0100100001100101 t1t2t3 t4 tempo Saída Analógica (V) Entrada Digital

11 2-Sistemas embarcados São sistemas computacionais que estão inseridos em máquinas ou em sistemas maiores Embutidos em equipamentos eletrônicos: – telefones celulares, vídeo-cassete, forno microondas,carros, automação de escritório.... Encontrado em quase todas as aplicações que necessitam de algum tipo de controle....

12 2-Sistemas embarcados produtos de consumo: – telefones celulares, pagers, câmaras digitais, vídeo- cassete, vídeo games portáteis, calculadores, etc; eletrodomésticos: – forno de microondas, secretárias eletrônicas, equipamentos de segurança, termostatos, máquinas de lavar e sistemas de iluminação;

13 2-Sistemas embarcados Automação de escritório: – máquinas de fax, copiadoras, impressoras e scanners; Automóveis: – controle de transmissão, injeção eletrônica, suspensão ativa, freio ABS.

14 2-Sistemas embarcados 2 Redes CAN 250Kbps 125Kbps 4 Redes baixa velocidade 10,4Kbps 18 ECUs

15 2-Sistemas embarcados Funcionalidade única, executada repetidamente Entrada/Saída intensivo Executa tarefas em paralelo Restrições de projeto mais rígidas: – Custo, tamanho, peso, desempenho, potência dissipada, etc. Tempo real: – O tempo para fornecer resultados é determinado pelo tempo que o ambiente pode esperar. – Sistemas em que têm aspectos temporais na especificação. Sistemas reativos – Reagem continuamente a estímulos externos

16 2-Sistemas embarcados Arquitetura de Hardware – Forte comunicação com o ambiente – Forte restrição de recursos, tamanho, potência, peso... Arquitetura de Software – Tratamento rápido de interrupção – Sistemas operacionais de tempo real – Softwares eficientes em tamanho e desempenho

17 2-Sistemas embarcados Crescimento das aplicações – Automóvel: 1995: U$ 1237 2000: U$ 2126 2002: 15% a 30% do custo de um veículo é com eletrônica – Domiciliar: 35 sistemas por residência em 1994 240 sistemas em 2000

18 2-Sistemas embarcados Segundo uma pesquisa recente da www.8052.com – 49%assembly – 33%C – 5%Basic – 3%Pascal – 9%outras linguagens A previsibilidade no uso de recursos e tempo de execução é fundamental para sistemas críticos

19 2-Sistemas embarcados Linguagens orientadas a objeto – ciclo de desenvolvimento mais rápido – melhores métodos de estruturação e modularização – reutilização de objetos – criação e destruição dinâmica de objetos, garbage collectors criam problemas para previsibilidade temporal e de alocação de memória – Java, não há um modelo definido para o escalonamento das threads. Inviabiliza tempo real

20 2-Sistemas embarcados C e Assembly – Excelente controle do hardware e do tempo de execução – Alta performance – Dificuldades no desenvolvimento – Assembly: Difícil modularização e reutilização

21 2-Sistemas embarcados Sistema embarcado é um dispositivo que possui um processador mas não é um computador de propósito geral. Definição

22 3-Processadores de propósito geral Um sistema construído com um microprocessador requer memória, entradas e saídas externas

23 4-Microcontroladores Um microcontrolador possui processador, memória, dispositivos de entrada e saída e outros elementos num único chip

24 4-Microcontroladores Microcontrolador Micro: pequeno Controlador: aplicações de controle Também chamados de controladores embarcados, pois, na maioria das vezes, são construídos dentro dos (ou embarcados em) sistemas que controlam

25 4-Microcontroladores Exemplo de aplicação Sistema de controle de temperatura de um forno Fonte: D. Ibrahim, PICBASIC Projects. Newnes, 2006c

26 4-Microcontroladores

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28 Qual a arquitetura de hardware necessária para atender os requisitos das aplicações típicas de Sistemas embarcados?

29 Processador Computador com um conjunto complexo de instruções (CISC): – Muitas operações – Diferentes formatos e comprimentos de instruções Computador com um conjunto reduzido de instruções (RISC): – Menos instruções – Eficiência em processadores com pipeline 5-Hardware embarcado

30 Memória A memória armazena dados e instruções A CPU obtem instruções a partir da memória Arquiteturas: – von Neumann – Harvard

31 5-Hardware embarcado Arquitetura von Neumann

32 5-Hardware embarcado Arquitetura Harvard

33 5-Hardware embarcado von Neumann X Harvard A arquitetura Harvard permite acessos simultâneos a dados e instruções A maioria dos DSPs usa Harvard: – Maior largura de banda

34 5-Hardware embarcado Dispositivos de entrada e saída Tipicamente incluem algum componente não digital Interface com a CPU:

35 5-Hardware embarcado Coprocessadores Coprocessador: unidade funcional chamada através de instrução Exemplos – ARM: unidades de aritmética de ponto-flututante – DSPs 5509 e 5510: DCT/IDCT Interpolação de pixels Estimação de movimento

36 6-Porque estamos apresentamos Sistemas Embarcados?

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38 Obrigado!