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Parte I (Introducción)
Mg. Ing. Rafael Oliva, Ing. Esp. Magdalena Flores, Ing. Esp. Nestor CortezInstituto de Tecnología Aplicada (ITA-UARG)
JORNADAS DE INFORMÁTICA 2016 – UNPA /UARG25 DE OCTUBRE 2016
EDU- CIAA, programación y aplicaciones de la placa industrial versión educativa de la Computadora Industrial
Abierta Argentina
CONTENIDOS (1ra Parte):
• Sistemas embebidos - antecedentes• La Computadora Industrial Abierta Argentina - Introducción• Desarrollo, componentes, objetivos y capacidades• Versión educativa EDU-CIAA• Programación – conceptos básicos
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 2
Que es un sistema embebido?
“Un sistema embebido (embedded ) es cualquier aplicación en que una computadora dedicada se construye como parte del sistema”
(Jack Gannsle - The Art of Programming Embedded Systems)
MicroondasCelulares
Instrumental
Vehículos Alarmas
COMPONENTES DE UN MICROCONTROLADOR ELEMENTAL
Memoria de Programa(EPROM ó Flash)
RAM ó Registros
Timer
Entrada/Salida
xtal
CHIPCHIPCHIPCHIP
Que es un sistema embebido?
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 4
Que es un sistema embebido?
µCEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM
)) SonidoSonidoSonidoSonido
TENSION=0.2
V 00:00:00
Interfase con el Exterior
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 5
Que es un sistema embebido?
SOFTWARE RESIDENTE (O “FIRMWARE”): ¿LAZO ELEMENTAL O UN SISTEMA OPERATIVO DE TIEMPO REAL (RTOS)?
√ En el caso de Sistemas Sencillos se trabaja con un único lazo de control. Casi todos los sistemas utilizan un compilador de lenguaje C (raramente ya Assembler).
√ Para complejidades intermedias, se utiliza C ó lenguajes de mayor nivel (Java, C++).
√ A partir de complejidad media, y sistemas con componente de tiempo crítico, es deseable el uso de un Sistema Operativo RTOS ó KERNEL para lograr:
a) Mayor confiabilidad
b) Facilidad de cambios y mantenimiento
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 6
Antecedentes:
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 7
Sistemas embebidos – antecedentes• Inicios -> 8051 y familias / 8 bits (1992-1997)• PC/104 / familia 80c188 y uC/OS 2 / 16 bits (1997-)• Cypress PSoC-1 / 8 bits (2002) – placa CPU 2005• (Indirecto) TS7260 con ARM9 (EP9302) CPU, TS-Linux (2008)• Atmel AVR / 8 bits (2004) placa CPU Cl2bm1 2010• ARM Cortex M (2013), -M3 y luego M4/M0 (CIAA, EDU-CIAA)
Herramientas: • Línea de comandos / compilador C51 de Keil (DOS)• Borland C / C++ 5.2 con PC/104 • IDE PSoC Designer para PSoC / Cypress• Codevision AVR – IDE y Atmel Studio• Eclipse a través de NXP (LPCXpresso) y luego a través de CIAA-
Eclipse
Inicios:
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 8
1995- 9m Tower at Uni
1999 New Enclosure
C2-UNPA
• Primeros proyectos: 1995 a 1999 -> C2 logger de medicion de viento, basado en 80C537 (familia 8051 / 8bits) diseño iniciado en 1994, programado in Keil C51, memoria EPROM “de ventana” 27C256 (borrado UV).
• Usaba sensores calibrados NRG• Resultados publicados en Wind
Engineering 06-1997
FOTOGRAFÍA DEL SISTEMA EN ARMADO
SISMED-01/24
Placa CPU
Placa
Fuente 24V
PlacaAuxiliar
Placa Entrada Señales
Primeros Sistemas – ejemplo SISMED01/24 (UMAG) 2001
• CPU Micro/Sys SBC1190 – Procesador Intel 80C188EB / 16 bits a 25MHz• Memoria a) programas: 512K Flash ROM b) 512K de SRAM c) 128K deNVRAM (No Volatil).
• WatchDog Timer, RTC Dallas, Puerto Ethernet (no utilizado).• Convertidor A/D MAX197 (12 bits) 8 canales - E/S a través de 82C55• Kernel uC/OS ii – programado en Borland C/C++ 5.2
Presentado en las I (2001) y II (2002)Jornadas Informática UNPA!
Interfase a PC en BorlandC++Builder
Antecedentes en sistemas embebidos..
SISMED01/48 en Escuela Rural Las Vegas 1999-2002
SISMED01/24 en Escuela Rural Agua Fresca (Chile) 2001
Adquisición de Datos para sistema de bombeo de agua Solar y Eólico (Chile) 2014
Medicion en UNPASan Julian 2 013
Sistemas AVR-AtMega1284P(CPU)
IDE: CodeVision C AVR 3.04
(HP Infotech)or
ó AtmelStudio 6.1 (free)
IDE: CodeVision C AVR 3.04
(HP Infotech)or
ó AtmelStudio 6.1 (free)
CPU Schem. / PDF: http://www.lyr-ing.com/DocumentosLyR/CL2bm1/V5g_CL2bProto_17-2-2010_Schematic%20Prints.pdf
(5 Hojas)
Inicio pruebas 07-2010
IDE: CodeVision C AVR 3.04
(HP Infotech)
ó AtmelStudio 6.1 (gratis)
Diseño
2009
Software
M4/E: PSoC1(29466) Placa de E/S (2010)
M4/E firmware con PSoC
Designer 5.x (gratis)
METEO – placa
sensado viento
PSoC (2012)
PSoC
Power Supply+B =+5Vcc
RS485RS485
RELAY
KAUX -> DRY CONTACT
P0.4,6
M4-EXPANSION - BOARD(C) R.Oliva - L&R Ing. 2010
P0.2
P0.0
ANLG
VIN1ANi1
VIN2ANi2
VIN3ANi3
TEMPVT(TC1047A)P0.1
P0.3
P0.5
P0.7
-IO3
-IO4
-IO5
-IO6
-IO7
A CL2B
A CL2B
RELAYK2 -> DRY CONTACT
-IO3
-IO4IN12
-IO5IN11
-IO6IN6
-IO7IN5
SDASCL
-INT I2C
P1.5P1.7
OUT
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN4P1.3
IN17P2.6
IN16P2.4
IN15P2.2
IN14P2.0
IN
IN3P2.1
IN
IN2P2.3
IN
IN1P2.5
IN
IN0P2.7
IN
P1.2
OUT
OUT OUT0=PWR_OKP1.2
OUT OUT1=BUZZP1.2
OUT OUT2
+14.4V
+14.4V
M4/E Schem. / PDF: http://www.lyr-ing.com/DocumentosLyR/M4E/M4EFinal_28-8-10_Schematic%20Prints.pdf
ISSP
(usd 30 FOB)
Módulo de 13-bit TRIADCPSoC (V,I)
Sistemas PSoC-1 (Periféricos)
Jon Sumanik-Leary / WindEmpowermentvisita RG y San Julian (2014)
INTI CutralCo -Neuquen Campo de Pruebas (2012 - ) y FabricantesRedes y vinculaciones..
Redes y vinculaciones..Pasantía de Jean Alinei – red WindEmpowerment – Software y hardware controlador MPPT (2016), y becaria local C.Fuentes
Medidor presión manométrica
con PIC 16F88
Sistemas Microchip (Ing. N.Cortez)
MCP3905 PIC 16F877A
PIC 16f84APIC 18F4520
LCD DISPLAY
MEMORIA
RS232 - PC
BUS SPI
FN
CARGA
RTC 1307
MCP3905 PIC 16F877A
PIC 16f84APIC 18F4520
LCD DISPLAY
MEMORIA
RS232 - PC
BUS SPI
FN
CARGACARGA
RTC 1307
Medidor potencia activa con PIC
16F877y MC3509
ORIGENES DE LA CIAA
La Computadora Industrial Abierta Argentina(CIAA) se comenzó a gestar en julio de 2013,cuando el Ministerio de Industria de la Nacióny la SPU convocaron a la Asociación Civilpara la Investigación, Promoción y Desarrollode los Sistemas Electrónicos Embebidos(ACSE) y a la Cámara de IndustriasElectrónicas, Electromecánicas yLuminotécnicas (CADIEEL) a participar en unplan para incorporar tecnología nacional en lacadena de producción, específicamente en lospuntos en que se importa casi todo (PLCs,Controladores especiales).
Características: Diseño colaborativo, Licenciaabierta en hardware y software, participaciónde Universidades e Instituciones Técnicas detodo el país.
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 16
Prototipo en funcionamiento hacia fines de
2014
CARACTERÍSTICAS DE LA CIAAEs INDUSTRIAL porque dispone de diferentes mecanismos de protección eléctrica contra fallas osobrecargas. De esta forma brinda una base para diseñar sistemas capaces de considerar cuestionesde disponibilidad, confiabilidad, verificación, validación y seguridad intrínseca (1) además de laposibilidad de certificar normas internacionales como las IEC 61131 y la IEC 61508, contemplandocriterios de robustez ante interferencia electromagnética, sobrecarga de las salidas, vibracionesmecánicas, estrés térmico, perturbaciones en la tensión de alimentación y variabilidad de loscomponentes, entre otras.
Es ABIERTA porque toda la información sobre su diseño está gratuitamente disponible en la web(diagrama esquemático, diseño del circuito impreso, código fuente del firmware y del software, diseñodel gabinete), para que sea usada sin restricciones por empresas y profesionales en sus productos yprocesos productivos, sin que sea necesario notificar en forma alguna sobre su uso, y pudiendo cadauno modificar libremente el diseño publicado para adaptarlo a sus propias necesidades.
Es ARGENTINA porque es una plataforma desarrollada por PyMEs, profesionales y docentes, sinrecurrir al aporte directo del estado o de corporaciones multinacionales, lo que permite ofrecerversiones basadas en distintos procesadores, a partir del uso combinado de capas de abstracción dehardware (HAL) y de una interfaz de programación de aplicaciones (API) pensadas para su usoconjunto con un sistema operativo de tiempo real, siguiendo una estructura de funciones tipo POSIX.
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Precio aprox. $3200+iva (2016)http://www.proyecto-ciaa.com.ar/
Primeras versiones:CIAA y EDU-CIAA-NXP (LPC4337 – NXP ARM Cortex M4/M0)
• Procesador dual core ARM-Cortex M4/M0
• Orientado a aplicaciones de control
• Desde 2015 se han adquirido varias EDU-CIAA entre docentes e Investigadores UNPA
EDU-CIAA – Version Educativa ($600 a $800)
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CIAA –NXP Componentes en
bloque – lado frontalCIAA –NXP
Componentes en bloque – vista desde atras
CIAA –NXP (fab. Probattery
Argentina) adquirida 10-2016
CIAA - HARDWARE
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CIAA –NXP Mi aporte!
CIAA - HARDWARE
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 23
Salidas a relé y entradas
optoacopladas, similar a un PLC
CIAA - FIRMWARE
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Solo para uso de OSEK
(sistema operativo -RTOS)
Variantes en desarrollo de la CIAA
- CIAA-FSL (Freescale) Casi en producción
- CIAA-Safety (La CIAA-Safety es una versión de la CIAA siguiendo las prácticas recomendadas por los estándares internacionales (IEC 61508 ) de seguridad funcional para aplicaciones críticas- ej. aviación, aerogeneradores, centrales de generación) RM48L952-PGE ARM Cortex R4F, formato PC/104.
- CIAA-ACC (Alta Capacidad de Cómputo) / Zynq 7000, (2 x Cortex A9)
ITA / UNPA – UARG / EDU-CIAA Prog+Aplicaciones (1ra Parte) – Hoja 30
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