architettura arm: applicazioni nella robotica educativa raimondo sgrò, flavio poletti i.i.s....
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ARCHITETTURA ARM: APPLICAZIONI NELLA ROBOTICA EDUCATIVA
Raimondo Sgrò, Flavio PolettiI.I.S. Marconi Galletti
Via Oliva 15, 28845 Domodossola [email protected]
Convegno Roboscuola 19 Aprile 2012 – Riva del Garda
I SISTEMI EMBEDDED
Il loro sviluppo li ha resi oggetti di uso comune e quotidiano (cellulari, navigatori ecc.). Tale diffusione è dovuta al grande sviluppo dell’elettronica che vi si trova alla base. Il protagonista è certamente il microcontrollore.
L’ARCHITETTURA RISC
RISC: Reduced Instruction Set Computer
tipologia di processore, sviluppatasi in contrapposizione all’architettura esistente CISC: Complex Instruction Set Computer
L’architettura RISC si basa su alcuni principi innovatori:
• semplificazione del set di istruzioni, standardizzazione dei tempi di esecuzione
• introduzione dell’esecuzione in pipeline• accesso alla memoria principale limitato
solo a specifiche istruzioni (Load/Store) per il resto la CPU opera su registri interni, aumentando l’efficienza.
L’ARCHITETTURA ARM
L’architettura ARM (Advanced RISC Machine) fu sviluppata da Achorn a partire dal 1983, ed ha portato nel 1985 alla produzione del primo processore RISC, l’ARM2
IL MERCATO
Tradizionalmente, il mercato dei microcontrollori era segmentato in 3 settori, in base al parallelismo dei dati elaborati: Abbiamo quindi i segmenti degli 8bit, dei 16bit e dei 32bit.
differenti architetture portavano a costi differenti
Si sta assistendo ad un cambiamento, la tendenza che vede le architetture a 32 bit occupare anche i settori inferiori.
Le ragioni:necessità di portabilità dei codicicrescente complessità delle applicazioni
richieste Costi del dispositivo ormai paragonabili
Produttore modello f max Costo*
Motorola 8bit MC68HC11 4MHz 15€
Atmel 8bit ATMega 8515 16MHz 5€
Microchip 8bit 16F87X 20MHz 7€
Microchip 8bit 18F2525 40MHz 7€
Microchip 32bit 32…. 80MHz 6-10€
ST 32bit STM32… 72MHz 6-10€
32bit ARM7 10€
32bit ARM9 13-16€
*Costi indicativi
Il target di cui discutiamo è rappresentato dai nuovi Istituti Tecnici, in particolare gli indirizzi “Elettronica ed Elettrotecnica” ed“Informatica e Telecomunicazioni”.
ASPETTI DIDATTICI
Nelle linee guida per l’articolazione “Elettronica” si trovano le seguenti abilità:
• Progettazione di circuiti con microcontrollori. • Descrivere la struttura di un sistema
microprocessore.• Descrivere funzioni e struttura dei
microcontrollori.• Programmare e gestire componenti e sistemi
programmabili in contesti specifici.
Nelle articolazioni “Elettrotecnica” ed “Automazione”:
• Identificare le caratteristiche funzionali di controllori a logica programmabile (PLC e microcontrollori).
• Descrivere la funzionalità dei microcontrollori.
Nell’indirizzo “Informatica e Telecomunicazioni” :
• Programmare un sistema embedded per l’acquisizione dati e la comunicazione.
• Programmare un sistema embedded per l’elaborazione in tempo reale di flussi di dati multimediali attraverso idonei algoritmi.
• Integrare un sistema embedded in rete
Da un punto di vista didattico, il microcontrollore ad 8 bit risulta particolarmente adatto per un’analisi approfondita a livello macchina. Risulta possibile l’approccio tramite linguaggi assembly. Questo tipo di approccio “crea un legame solidale tra l’architettura del componente e la realtà circuitale… permettendo di toccare con mano l’evolversi dei dati” (cit. Luigi Daghetti)
I socket dei micro a 32 bit, non consentono di impiegare il dispositivo come componente sciolto, a livello di laboratorio scolastico, che richiedono circuiti stampati più complessi. Si dovrà necessariamente far maggior uso di board di sviluppo commerciali
ST produce delle schede a basso costo (serie Discovery Value Line).
SISTEMA DI SVILUPPO
Il mercato offre diversi sistemi di sviluppo, perlopiù a pagamento, dai classici Iar e Keil, ma esistono delle soluzioni open source come Eclipse.
Sino a poco tempo fa, Atollic offriva una versione lite per STM32.
CONCLUSIONI
In generale l’impiego del microcontrollore ha il vantaggio di porre di fronte ad un modo nuovo di progettare:
logica programmabile = flessibile+adattativo
Didatticamente l’approccio migliore avviene con gli 8 bit.Il 32 bit obbliga ad un approccio ad alto livello.
Problemi riscontrati: - Documentazione di difficile reperimento- Stile di programmazione a volte troppo
distante dalla macchina.
RINGRAZIAMENTI
• Dirigente Scolastico Prof. Carmelo Arcoraci• Ing. Riccardo DeCia, Ing. Juri Giovannone, Ing.
Daniele Caltabiano, Ing. Maurizio Gentili di STMicroelectronics