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Projetos de Sistemas Embutidos
Diógenes C. da Silva Jr.DEE/UFMG
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