psi_c1.2013

Programarea Sistemelor Integrate Introducere

Programarea Sistemelor IntegrateProgramarea Sistemelor IntegrateLiviu Kreindler

• Examen – 50%/ %• Laborator / Tema de casa – 50%

• Prezenta – 0%

Curs – slides – Moodle

c 2013 Liviu Kreindler 1 - 1


Sisteme Integrate - Embedded Systems

Embedded systems

A t bil ( t l t ABS ii )– Automobile (control motor, ABS, suspensii, …)– Echipament militar (roboti, rachete, …)– Instrumente medicale (monitorizare, proteze, dozatoare,

)…)– Aerospatial (sisteme masura, rachete, control motor,…)– Echipament industrial (masini OEM – semiconductori,

textile, impachetat, etichetat, …)– Comunicatii (telefonie mobila, sateliti, wireless, …)– Larg consum (frigider, masina spalat, televizor, video,

combina audio, microunde, masina vase, termostate, CT etc )CT, etc.)

– Periferice (imprimanta, mouse, scanner, modem, …)– Jocuri– Sisteme protectie


p– etc…



• Embedded system - definitieUn ansablu hardware si software (plusUn ansablu hardware si software (plus

alte parti, mecanice, etc.), proiectat pentru a implementa o functionalitate p pspecifica, bine definita.

• Diferenta fata de PC (calculator de uz general)g )

• Elementul central: microprocesor /


Elementul central: microprocesor / microcontroler


Sisteme Integrate - Embedded Systemsg y



Sisteme Integrate vs. PC

– Dedicate pentru aplicatie specifica– Implementate pe o gama f. larga de procesoare si

arhitecturi– Criteriul cost, foarte important– Restrictii de operare in timp real– Sistem de operare in timp real (RTOS)– Implicatii situatii de eroareImplicatii situatii de eroare– Restrictii de consum de putere– Operare in conditii dificile

R i ti– Resurse mai putine– Aplicatia memorata in ROM– Metode de dezvoltare si testare specializate



Microprocesoare, microcontrolere

1971 INTEL 4004• 1971 – INTEL 4004• 1972 – ‘Microprocesor’ – INTEL 8008• 1974 – INTEL 8086• Legea lui Moore: la fiecare 18 luni seLegea lui Moore: la fiecare 18 luni se

dubleaza capacitatile• Tehnologii: pMOS -> CMOS nMOS• Tehnologii: pMOS -> CMOS, nMOS

(HMOS), bipolare, I2C



Evolutia microprocesoarelor INTEL



Cuvant de date: 8 16 32 64 128• Cuvant de date: 8, 16, 32, 64, 128• Capacitate de adresare: 2k, 64k, 1M,…• Frecventa de lucru: 2MHz -> 3GHz• Tipuri de date: intregi, floating-point, …Tipuri de date: intregi, floating point, …• Resurse interne: memorie RAM, ROM

Interfete I/E• Interfete I/E



INTEL – 4004



AMD – 80286 - detaliu



INTEL – Pentium Pro 150 MHz



Evolutia microprocesoarelor INTEL



Diagrama microcalculator

• Von Neumann• Harvard• Harvard• DSP (Digital Signal Processing)• ASIC (Application Specific Integrated Circuit)


Programarea Sistemelor Integrate IntroducereDiagrama sistem integrat - structura

• CPU – unitate centrala de prelucrare• Memorie (RAM-date ROM-program)Memorie (RAM date, ROM program)• Ceasuri programabile (timere)• Intrari numerice (butoane, contacte, …)( )• Iesiri numerice (LED-uri, comenzi ON/OFF, releu,

…)I i l i ( i f i )• Intrari analogice (senzori, referinte, …)

• Iesiri analogice (comenzi, semnal audio, …)• Afisaj (segmente grafic )• Afisaj (segmente, grafic, …)• Tastatura (butoane, matrice, …)• Canale comunicatie (RS-232, CAN, USB,


Canale comunicatie (RS 232, CAN, USB, Ethernet,…)

Programarea Sistemelor Integrate IntroducereDiagrama sistem integrat - structura



Criterii si costuri de proiectare si implementare

– Putere de calcul– Memorie

C t d lt (NRE N R i E i i )– Cost dezvoltare (NRE = Non-Recurring Engineering)– Cantitate produsa– Durata de viata

Fi bilit t– Fiabilitate



Limbaje de Programare• Limbaje de nivel inalt: C / C++

– Portabilitate [+]– Acces la resurse Hardware [-]

Implementare structurata [+]– Implementare structurata [+]– Depanare (debug) la nivel inalt [+]– Mai usor de corelat cu algoritmul [+]– Codul nu e totdeaune optim (viteza executie, memorie p ( ,

ocupata) [-]– Cost global implementare si mentenanta mai scazut [+]

• Limbaj de asamblare• Limbaj de asamblare– Eficienta maxima a codului [+]– Eficienta maxima a utilizarii resurselor (memorie, etc.) [+]– Dificultate implementare [-]Dificultate implementare [ ]– Dificultate testare [-]– Dificultate documentare [-]– Codul nu este portabil [-]


– Cost global implementare si mentenanta ridicat [-]


Aplicatii in timp real – time senzitiveI iti li t i i d fi i t i I/OInitializare parametri si definire porturi I/O

Achizitie date din porturi de intrare

(citire - "READ")

Executie program specific (prelucrare date de intrare,

f l it l i i ) executie

scrieredatet4

t55

conform algoritmului numeric)

Transmitere date prelucrate prin port de iesire

citiredate

executieprogram

t2

t33

4

(scriere - "WRITE")

Programul

initializari

conversiedate

startt0t1

1

2

gtrebuie reluat


Lansare alt program specific

STOP


Aplicatii in timp real – time criticalP r o g r a m P r in c ip a l

(p o l l in g lo o p – b a c k g r o u n d )

S T A R T

R u t in a T r a ta r e In t r e r u p e r e( fo r e g r o u n d )

A c h iz i t ie d a te - p o r tu r i in t r a r e( c i t i r e - " R E A D " )

In i t ia l iz a r e p a r a m e t r iD e f in i r e / s e ta r e p o r tu r i I /O

S a lv a r e c o n te x t

E x e c u t ie p r o g r a m s p e c i f ic ( p r e lu c r a r e d a t e d e in t r a r e ,

c o n f o r m a lg o r i t m u lu i n u m e r ic )

O p e r a t i i n e -p r io r i ta r e

T r a n s m ite r e d a te p r e lu c r a te - p o r t d e ie s ir e ( s c r ie r e - " W R IT E " )

B u c la in f in i ta

R E T U R N

R e fa c e r e c o n te x t

h (perioada esantionare) h

Rutina Tratare


A/D;calcule;D/A

PP PP PPProgram Principal

Rutina Tratare Intrerupere A/D;calcule;D/A A/D;calcule;D/A


Operare in timp real

• Structura tipica– Bucla principala – prioritate

mica - background– Intreruperi – (ISR – Interrupt

Service Routine) - foregroundService Routine) foreground– Prioritati

• Cerinte operare timp realCerinte operare timp real– Time-critical– Time-sensitive



Proces proiectare, implementare si testare




• Definirea cerintelor produsului – specificatiip p• Definirea cerintelor functionale• Selectia procesorului

S f• Specificatii hardware• Evaluarea sistemului• Proiectare hardware• Proiectare hardware• Proiectare firmware• IntegrareIntegrare• Testare• Documentare



Ciclu proces dezvoltare software / firmware

User Software Requirements

Acceptance Tests

Software Requirements Specifications

Acceptance Tests Specifications

Software Architectural Design

Module Tests Specifications

Software Detailed Design

Unit Tests Specifications

Implementation



Structura cursului

• Partea I– Introducere

Sisteme in timp real concepte generale– Sisteme in timp real - concepte generale• Partea II

– Microcontrolere MSP430 – caracteristici generale– Platforme de dezvoltare– Intreruperi– Interfete I/O digitale. Timereg– Afisaje; tastaturi– Interfete analog-digitale

Interfete digital analogice– Interfete digital-analogice– Interfete comunicatie– Memoria sistemului


– Sisteme de operare in timp real


Structura laboratorului

• Partea I - Limbajul C – recapitulare (S1-S4)– Tipuri, operatori, expresii– Controlul programului– Functii si structura programului– Pointeri, tablouri, structuri

P t II (L5 L12)• Partea II (L5-L12)– MSP430 – platforme dezvoltare– Porturi I/O (butoane, LED-uri)

Afisaj LCD– Afisaj LCD – Intreruperi. Utilizare timere.– Achizitie de date. Convertoare A/D, D/A– Aplicatie recorder (2 sed.)Aplicatie recorder (2 sed.)– Comunicatia seriala


psi_c1.2013

Documents