Projetos de Sistemas Embutidos
Diógenes C. da Silva Jr.
DEE/UFMG
[email protected]
http://www.cpdee.ufmg.br/~diogenes/pse
Sistemas Embutidos
• Sumário
–
–
–
–
–
Sistemas Embutidos
Processadores
Projeto de SE
Aplicações
Conclusão
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Sistemas Embutidos
• Sistemas de computação disseminada, pervasiva
– Hoje
–
–
–
–
–
–
–
–
20 a 30 processadores diariamente
Cartão SmartClub
Cartão de crédito
Telefone celular (DSP + μControlador)
Caixa automático de banco
Microondas, VCR, TV Cabo, TV, lavadora de roupa
PC: teclado, modem, LAN, mouse, placa gráfica
Carro: centralina e alarme
– 2010
– 350 processadores diariamente
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Sistemas Embutidos
• Sistemas de computação que realizam uma
única função ou um pequeno número de
funções, e utiliza interfaces bem definidas.
Variáveis
de entrada
Sistema Embutido
Variáveis
de saída
Software
Hardware
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Sistemas Embutidos
• HW: microprocessador e periféricos em um único
chip.
• SW: linguagens de alto nível e sistemas de
desenvolvimento.
• Tempo de resposta:
– Tempo real: TR Hard ou TR Soft
• Interconexão.
• Confiabilidade.
• Mercado
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Sistemas Embutidos
• Um Sistema Embutido é um sistema de
computação baseado em
microcontroladores, dirigido por SW,
confiável, resposta em tempo real,
autônomo, interconectado, operando com
diversas variáveis físicas e em ambientes
diversos, vendido em um mercado
competitivo.
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Processadores
• Microprocessadores LSI
– Intel 4004,
•
•
•
•
•
Novembro/1971.
108 KHz
2300 transistores
10 microns
4 bits
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Processadores - evolução
• Lei de Moore
– A densidade de transistores dobra a cada
dezoito meses.
– Circuitos lógicos
– Memórias quadruplicam a cada quatro anos.
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Evolução da Tecnologia Si
1997
1998
1999
2002
0,35
0,25
0,18
0,13
1,5 a 2,0
2,0 a 3,0
3,0 a 4,0
> 4,0
Ciclo de Projeto (meses)
18-20
12-10
10-8
8-6
Complexidade Si (portas)
200-500 K
1-2 M
4-6 M
10-25 M
Aplicações
Celulares,
PDA, DVD
Set-top boxes,
PDA sem fio
Portáteis,
Internet
Computação
ubíqua
Processo
Custo de Fabricação
(USD Bi)
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Estado da Arte
• Pentium IV
•
•
•
•
Janeiro/2002
1,4 a 2,0 GHz
42 Mi transistores
0,18 microns
ou 180 nm
• 32 bits
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Microcontroladores
• Motorola
– 8 bits
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Microcontroladores
• Motorola Nitron
–
–
–
–
–
–
–
–
–
8 bits
Baixo consumo
Conversores A/D
Porta paralela
Temporizador
PWM
Watchdog
Flash
8 ou 16 pinos
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Microcontroladores
• TI MSP 430
• Baixíssimo consumo
• 0,1µA RAM retention
• 0.8µA real-time clock mode
• 250µA / MIPS active
• Família extensa
• RISC 16 bits
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Projeto de SE
• HW
– Simplificado
– Família de microcontroladores
– Poucos periféricos não padronizados
• SW
– Específico para cada aplicação
– Linguagens de alto nível
– Sistemas de desenvolvimento
• Emuladores
• Simuladores
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Integração HW/SW
• HW
•
•
•
•
CPU
Memória
Interfaces Analógicas
E/S Serial e Paralela
– RS232, I2C, LCD, motores, óptica.
• SW
• Assembly e Linguagens de alto nível
• Tempo real e Sistemas Operacionais
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Aplicações
• Sistemas
– Embarcados
• Motor, freios, janelas, air-bags, faroletes, alarme
– Interconexão
• Internet, WEB
– Vestíveis
– Biomédicos
– Automação Industrial
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SE Embarcados
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SE Embarcado - protocolos
• Protocolos
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Interconexão a Internet
• Motivação
– Teclado e display
– Monitoração através de protocolos proprietários
• Painéis virtuais usando LabView (Natl. Instruments)
– Conexão a WEB
• Agentes proxy
• Conexão direta a internet usando protocolos padrão
• Uso de browsers como interface gráfica
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Interconexão a Internet
• Protocolo padrão (OSI ITU-T)
• Pilha TCP/IP
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Interconexão a Internet
S.E. Gerenciado
• SE + Internet
• “internet aware”
Interface para S.E.
Controle de Accesso
Agente
SNMP
Servidor
WEB
SNMP
HTTP
UDP
ICM
P
Servidor de
Console
TELN
ET
TCP
IP
AR
P
Accesso a Interface Internet
Sistema Operacional
Agente
de
Gerência
TCP/IP Stack
MIB
Accesso
Local
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Exemplo (AVR)
• Xnode
– Servidor http
– E/S serial e paralela
– Automação industrial
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Computadores Vestíveis
• Computador que se pode vestir
• Interage continuamente com o usuário
– Sensores como interface com o ambiente
• Integrado ao espaço pessoal
– leve
• Sempre operacional e disponível
– Baixo consumo
• proativo
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Computadores Vestíveis
• CMU VUMan
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Sistemas Vestíveis Móveis
• Sistema embutido
• Sistema vestível
– ECG, Oximetria
• Sistema móvel
– Conexão via rede
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Conclusões
• SE é uma ferramenta poderosa e flexível
para o controle de processos e sistemas.
• Envolve aspectos diversos de engenharia:
– HW, SW e Comunicação de dados.
• Tecnologia dinâmica
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Novidades
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Referências
• Texas Instruments
– http://www.ti.com/
• Motorola
– http://www.freescale.com/mcu
• Sistemas Embutidos
– http://www.embedded.com
• Embedded Technology Ring
– http://s.webring.com/hub?ring=embedded&id=1&hub
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