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Projetos de Sistemas Embutidos

Diógenes C. da Silva Jr.DEE/UFMG

[email protected]

http://www.cpdee.ufmg.br/~diogenes/pse

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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.

Sistema Embutido

Hardware

Software

Variáveisde entrada

Variáveisde saída

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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

Processo 0,35 0,25 0,18 0,13

Custo de Fabricação (USD Bi)

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

AplicaçõesCelulares, PDA, DVD

Set-top boxes, PDA sem fio

Portáteis, Internet

Computação ubíqua

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• Pentium IV• Janeiro/2002

• 1,4 a 2,0 GHz

• 42 Mi transistores

• 0,18 microns

ou 180 nm

• 32 bits

Estado da Arte

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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

• SE + Internet

• “internet aware”Interface para S.E.

Accesso a Interface Internet

Servidor de Console

SNMP TELNET

HTTP

Servidor WEB

UDP

Controle de Accesso

Accesso Local

Agente SNMP

TCP

IP

Siste

ma O

pera

cional

TC

P/IP

Sta

ck

M I BAgente

de Gerênci

a

ICMP

ARP

S.E. Gerenciado

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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