cursuri smi final

Sisteme cu Microprocesoare Integrate

CURS 7 - 2013

Achiziia datelor

.l. dr. ing. Radu PIETRARU

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com

Problematic Mrimile fizice nconjurtoare au o variaie

analogic Chiar dac vorbim de senzori digitali nu

nseamn c n cadrul procesului de achiziie nu are loc o eantionare Excepie fac achiziiile de tip limit (s-a

depit un anume nivel de exemplu)

http://smi.aii.pub.ro 2



Semnale analogice - conversie

Cnd lucrm cu elemente de conversie trebuie precizat:

plaja semnalului analogic (ntre ce limite variaz semnalul analogic)

precizia (pasul, perioada de eantionare) influeneaz valoarea digital rezultat

modul de calibrare ne d precizia dispozitivului necesarul de transfer: dac citim o valoare digital

(temperatur, tensiune etc.) trebuie s tim pe ci bii i la ce intervale este nevoie s culegem informaia.


Calibrarea



Funcionarea unui CAN Realizeaz

eantionare de la 0 la tensiunea de referin 2n intervale de

eantionare Rezoluia = Vref / 2n

(n=8, Vref=5V, Rez=19.5mV) http://smi.aii.pub.ro 5


Tipuri de CAN-uri

Difer prin acuratee (precizie), vitez de eantionare i, bineneles, prin cost

Este foarte important de tiut modul n care funcioneaz un CAN pentru a putea face o alegere corect pentru procesul de eantionare



CAN cu urmrire Cel mai vechi i cel

mai lent tip de ADC Timpul de

eantionare este dependent de tensiunea msurat



CAN de tip flash

Cel mai rapid dar i cel mai costisitor tip de CAN Are un numr de 2n

comparatoare



CAN cu aproximri succesive Un timp puin mai

bun ca cel cu urmrire n loc s se

efectueze o incrementare se efectueaz o cutare binar



CAN cu integrare

Partea integrativ se ncarc pn la valoarea de intrare dup care se msoar timpul de descrcare Lent dar componenta

integrativ filtreaz zgomotul



CAN sigma-delta

Filtru trece jos este de fapt o component integrativ Lent dar cu o

acuratee mare (dat de frecvena ceasului)



CAN de tip half-flash

Scade numrul de comparatoare fa de CAN-ul de tip flash



CAN atMega 328P cu aproximri succesive pe 10 bii



Registre interne



Senzori

Elemente care permit transformarea mrimii fizice msurate n mrime electric. ATENIE!!! CAN-urile msoar tensiune, dac mrimea electric dat de senzor este de alt natur circuit suplimentar.

Permit unui sistem de calcul achiziia i prelucrarea n scop decizional a unor mrimi preluate din mediul nconjurtor.



Termistorul

Rezisten care i modific caracteristica n funcie de temperatur Alternative:

RTD (Resistance Temperature Detector) fir de nichel, cupru sau platin

Termocuplu (are o plaj de msurare mai mare)



LM35

float temp;

int tempPin = 0;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

temp = analogRead(tempPin);

temp = temp * 0.48828125;

Serial.println(temp);

delay(1000);

} http://smi.aii.pub.ro 17

-55oC 150oC 10mV/oC precizie 0.5oC 60 A 3-30RON


MCP9700A

float GetTemp(void)

{

float t;

t =

analogRead(1)*5/1024.0;

t = t - 0.5;

t = t / 0.01;

return (t);

}


-40oC 150oC 10mV/oC precizie 2oC 6 A 1RON

VOUT = TC TA + V0C


SYH-2R (umiditate)



Determinarea umiditii

http://smi.aii.pub.ro 20 http://www.tehnorama.ro/cum-sa-faci-o-floare-sa-te-traga-de-maneca-atunci-cand-ai-uitat-sa-o-uzi/


MQ-3 GAS SENSOR



TMP102

-40oC 150oC 1 A 10 A Acuratee 0.5oC Rezoluie 12 bii =

0.0625oC Vitez 26ms/sample



TC74

0oC 125oC 5 A 200 A

Acuratee 2oC Rezoluie 8 bii =

1oC Vitez 8 samples /

sec



DS1621

-55oC 125oC 1 A - 1250 A

Acuratee 1oC Rezoluie 9 bii =

0.5oC Vitez 1 sec /

sample



MLX90614 IR Thermometer

http://smi.aii.pub.ro 25 http://bildr.org/2011/02/mlx90614-arduino/


Senzori optici slotted switched Mecanism bazat pe

ntreruperea unei raze luminoase de ctre un obiect n micare genereaz un tren de impulsuri Regsit la mouse-

urile mai vechi http://smi.aii.pub.ro 26


Senzori optici bazai pe reflexie Funcionare similar

ca la slotted switched dar obiectul n micare este suprafaa Similar cu

funcionarea mouse-urilor optice



TCS3200 PROGRAMMABLE COLOR LIGHT-TO-FREQUENCY CONVERTER



Ultrasonic Ranging Module HC - SR04

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

duration = pulseIn(echoPin,

HIGH);

//Calculate the distance (in cm)

based on the speed of sound.

distance = duration/58.2;



Senzor de vibraii




CURS 8 - 2013

Comand i control



Problematic Sistemele embedded au de multe ori ca funcie

central comanda unor dispozitive externe

Comanda poate fi numeric / binar aprinde un led sau deschide o u dar poate avea i un caracter mai delicat precum meninerea unui parametru fizic ntr-o anumit plaj comanda unui rezistene de nclzire pentru a menine o anumit temperatur, meninerea turaiei unui motor comand de tip control.



Metode de control

Bucl deschis comand oarb, fr feedback; pentru aprinderea unui led este ok dar pentru o comanda de nclzire nu este rezonabil.

Comand cu reacie negativ

Comand bazat pe microprocesor http://smi.aii.pub.ro 3


Comand cu reacie negativ Reacia negativ prin

intermediul amplificatorului operaional permite stabilizarea comenzii.

Tot nu avem feedback dar avem o netezire a comenzii.



Comand bazat pe microprocesor



Control de tip bang-bang (on/off)



Control proporional Netezete ocurile

datorate comenzilor de tip nchis/deschis. Evitm ocurile

puternice i uzura dispozitivului comandat.



Control PID



Probleme ce pot afecta comanda

Perturbaii Saturarea senzorului sau a elementului

comandat

Timpul de rspuns (de calcul) Apariia unor ferestre fr comand



Izolarea galvanic Absolut necesar dac

existe diferene de tensiune sau curent ntre montajul de comand i cel comandat!!! Poate fi realizat prin

optocuploare, relee magnetice Atenie!!! Mas comun

conduce la non-izolare galvanic.



Comand n tensiune - CNA



MCP4801

8-bit Resolution Single Channel Voltage Output 2.7V to 5.5V Operation Operating Current 330 A Internal Voltage Reference 2.048V Selectable Unity or 2x Gain Output Output Settling Time 4.5 s SPI Interface 8-pin PDIP, SOIC, MSOP and 2x3

DFN packages Temperature Range -40C to

+125C



MCP4902

8-bit Resolution Dual Channel Voltage Output 2.7V to 5.5V Operation Operating Current 350A External Voltage Reference Pin Output Settling Time 4.5 s SPI Interface 14-pin PDIP, SOIC, and

TSSOP Temperature Range -40C to

+125C



Comand de tip PWM (Pulse-Width Modulation)



PWM vs. Comand n tensiune

PWM consum mai mic

Comand n tensiune permite ajungerea n regim complet de funcionare



Comand piezo buzzer


Tone() - http://arduino.cc/en/Tutorial/Tone

Melody - http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Melody


Comand n tensiune motor CC



Comand n tensiune motor CC (2)

http://smi.aii.pub.ro 18 30A, 60V, Logic Level N-Channel Power MOSFETs




Dual Full-Bridge Motor Driver - L298N




L293D Quadruple Half-H Drivers


Half-bridge vs. full-bridge





HIGH-VOLTAGE, HIGH-CURRENT DARLINGTON TRANSISTOR ARRAYS


Control motor cu reacie



Comand putere - releu




CURS 9 - 2013

Comunicaii



Problematic Chiar dac de cele mai multe ori funcionalitatea

sistemelor embedded se rezum la execuia unei sarcini simple cu efect local exist situaii n care este necesar ca sistemul s poat efectua comunicaii la distan.

Exemple: transmisia parametrilor msurai la o staie central sistem de achiziie distribuit, interfa utilizator la distan echipamente industriale aflate la distan de consola de comand, transmiterea unor comenzi la distan sistemul de navigaie a unei rachete .a.m.d.



Comunicaie serial RS232 Standard de comunicaie serial introdus n

1962 Permite comunicaia ntre dou dispozitive

(DTE Data Terminal Equipment, DCE Data Communication Equipment).

Distana maxim aproximativ 15 metri. Permite transmisia sincron sau asincron.



UART Universal asynchronous receiver / transmitter

Port integrat n majoritatea microcontrolerelor



MAX232 - Dual EIA-232 Driver/Receiver



Comunicaie serial RS485 Standard de comunicaie derivat din RS422 Permite pn la 32 de dispozitive (sau chiar

256) Distana maxim 1200 metri (cu ajutorul

repetoarelor de semnal pn la civa kilometri)

Viteze de comunicaii ntre 100kbs i 35Mbs



RS485 network



MAX485 - transceivers for RS-485 and RS-422 communication



RS485 & Arduino

http://smi.aii.pub.ro 9 https://arduino-info.wikispaces.com/RS485-Brick


Alte standarde seriale de magistral Modbus protocol serial pentru medii

industriale CAN bus (controller area network) standard

de comunicaie pe 2 fire bazat pe mesaje proiectat pentru industria auto

LIN (Local Interconnect Network) serial master-slave, 1 fir

MOST bus (Media Oriented Systems Transport)



Comunicaii prin infraroii



IrDA Infrared Data Association


IrPHY (Infrared Physical Layer Specification) nivelul fizic al specificaiilor protocolului IrDA stabilete specificaiile legturii optice, modularea i codarea semnalului optic. IrLAP (Infrared Link Access Protocol) reprezint nivelul de date (control acces, descoperirea partenerilor de comunicaie, QoS). IrLMP (Infrared Link Management Protocol) d posibilitatea managementului a mai multor canale logice de comunicaie i stabilirea rolurilor n cadrul comunicaiei. Tiny TP (Tiny Transport Protocol) permite transportul de mesaje de mari dimensiuni prin SAR (Segmentation and Reassembly) i controlul canalelor logice. IrCOMM (Infrared Communications Protocol) permite utilizarea protocolului ca un protocol serial sau paralel. IrOBEX (Object Exchange) permite schimbul de date ncapsulate (de exemplu de tip vCard) IrLAN (Infrared Local Area Network) permite formarea de reele de dispozitive.


Soluie de interconectare IrDA


MAX3100 SPI UART Controller (IrDA timing compatible)

HSDL-1001 - Infrared IrDA Compliant Transceiver


Soluie de interconectare IrDA (2)



Bluetooth

Standard radio de comunicaie multidispozitiv cu salt n frecven (2400-2480MHz)

Distan maxim 100 metri Vitez de transmisie 721kbps (1.1 & 1.2),

3,2Mbps (2.0), 24Mbps (3.0) Permite realizarea de reele ad-hoc (piconet)

de tip master-slave interconectabile (scatternet)



Generaii noi (2009) Bluetooth v3.0 + HS utilizeaz

legtura Bluetooth pentru conectare i stabilirea legturii i transfer date peste o legtur 802.11

(2010) Bluetooth v4.0 include BLE (Bluetooth Low Energy succesor pentru WiBee)



Arduino Bluetooth



Alte opiuni de comunicaie radio


HopeRF FM12B 433MHz* JeeLabs.org

*LPD433 (Low Power Device 433 MHz)


XBee / ZigBee 10m-100m, ISM*

XBee marc a Digi International pentru o serie de module radio bazate pe protocolul 802.15.4 - low-rate wireless personal area networks (LR-WPANs) Generaia 1 (Series 1) include XBee (1mW) i

XBee-PRO (100mW) permind comunicaii PTP i PTM

Generaia 2 (Series 2) include XBee ZB i XBee-PRO ZB ce permit comunicaii ZigBee de tip mesh network

http://smi.aii.pub.ro 19 *Industrial, scientific and medical (ISM) radio bands; 868 MHz in Europe, 915 MHz in the USA and Australia and 2.4 GHz in most jurisdictions worldwide


ZigBee


o Standard de protocoale de comunicaie pentru reele radio de mic putere permind formarea de reele locale ad-hoc fr fir. o Gndit pentru aplicaii de control la distan, aplicaii de monitorizare, reele de senzori. o Specificaii publicate: ZigBee Home Automation ZigBee Smart Energy 1.0 ZigBee Telecommunication Services ZigBee Health Care ZigBee RF4CE - Remote Control ZigBee Light Link


Arduino Wireless SD Shield

http://smi.aii.pub.ro 21 http://arduino.cc/en/Main/ArduinoWirelessShield

+


Exemplu de reea ZigBee



Microchip MiWi



WiFi (802.11)



WiFly (Embedded Wi-Fi) Roving Networks Wi-Fi Solution



Ethernet



GSM/GPRS



M2M



CURS 10 - 2013

Proiectarea software




Problematic Proiectarea software implic rezolvarea ctorva

probleme: Sistematizarea specificaiilor funcionale pentru a putea fi

implementare sub forma unui program diagrame data flow, diagram de stare, flow charts, pseudocod constituie specificaiile software

Alegerea unei arhitecturi de program bucl deschis, sistem de ntreruperi, multitasking

Alegerea instrumentelor pentru implementarea i testarea programului asambloare, compilatoare, instrumente de tip JTAG

Managementul procesului de dezvoltare



Diagrame data flow

Identific procesele principale din sistem i descriu modul n care informaia (comenzi, achiziie de date, evenimente) circul ntre aceste procese Nu descriu condiii / nu identific strile

decizionale Utile pentru identificarea funcional major



Funcionarea unui ascensor


Control motor

Verificare conditii functionare in gol

Comenzi externe

Comenzi interne

Verificare conditii functionare cu

utilizatorul

Solicitare transport etaj

Solicitare pozitionare

etaj

Pozitionare efectiva

Am

ajun

sAm

ajun

s

Pozitionare la

etaj


Diagrama de stare

Identific strile sistemului i tranziiile ntre stri Pun accentul pe evenimentele care

declaneaz trecerea dintr-o stare n alta Reprezint un nivel mai detaliat necesar

pentru a putea implementa procesele



Ascensor diagram de stri


GOL

TRANSPORT PERSOANE

DEPLASARE GOL

PLINAVARIE

Senzor de etaj

Comanda

externa

Deschidere usa

la alt

etaj

Blocare intre etaje

Sen

zor

gre

uta

te

Cmd interna

Blocar

e

intre

etaje

Senzor greutate

Senzor greutate

Sen

zor

eta

j

Senzor greutate


Diagrame flow charts

Detaliaz efectiv procesul

Ne arat att tranziiile i factorii care le determin ct i partea decizional a procesului

Form destul de apropiat de codul propriu-zis



Ascensor - detaliu


Senzor greutate = 0Etaj = x

Usa inchisa

S. greutate 0

S.usa etaj

NU

Deschide usa

Initializare sistem

DA

Avarie

. . . . . .

. . . . . .


Pseudocod

Descriere a unui algoritm ntr-o form apropriat de limbajul uman Respect un formalism minimal

Exemplu: IF

DO stuff;

ELSE

DO other stuff;



Avantajele sistematizrii specificaiilor funcionale

Implementare riguroas Posibilitatea reutilizrii unor pri din partea

de proiectare n cazul modificrii hardware sau a instrumentelor software Urmrirea corect a efectelor unei modificri

n specificaiile funcionale

ATENIE! O greeal n realizarea unei diagrame sau n pseudocod conduce la implementarea sigur greit a codului



Management break

Trebuie s se fac deosebire ntre dou sarcini diferite:

Analist

Programator



Arhitecturi de program

Bucl infinit verificarea intrrilor i efectuarea operaiilor necesare n cadrul unei bucle infinite. Mai multe bucle infinite ntre care efectum

diverse tranziii. Bucl infinit + sistem de ntreruperi

necesitatea de cod reentrant. Multitasking. http://smi.aii.pub.ro 12


Management break

Arhitectura programului influeneaz n mod crucial att modelarea sub form de pseudocod ct i codul propriu-zis. Alegerea arhitecturii programului sau a

uneltelor de dezvoltare nu trebuie s fie sarcini ale analistului sau ale programatorului ci ale managerului de proiect (ef de proiect, arhitect, senior ).



Alegerea limbajului de programare

Limbaj de asamblare programare mai eficient (memorie dimensiune & timp de acces, utilizare periferice). Limbaj de nivel nalt timp mai

scurt de nvare, portabilitate i reutilizare a codului.



Alegerea mediului de dezvoltare

Maturitatea mediului de dezvoltare (motenirea bugurilor mediului de programare). Productorul mediului de dezvoltare. Intefa IDE.

Biblioteci disponibile.



Alegerea altor instrumente utile

Simulatorul integrat adesea n mediul de dezvoltare dar nu ntotdeauna. Mecanisme de debug conectate direct la

platform intefa JTAG (IEEE-1149.1). Metode de ncrcare / transfer a programului

n memoria intern a microcontrolerului (ISP, ICSP).



Interfa JTAG (IEEE-1149.1)



ISP In-System Programming



ICSP In-Circuit Serial Programming



Alte probleme legate proiectarea i testarea software

Durata de desfurare a proceselor fizice (timpul n care urc liftul ntre etajul 1 i 2). Probleme de funcionare hardware

(funcionarea defectuoas a unui senzor). ntrzieri datorate arhitecturii hardware

(periferice lente, arbitrare pe magistrala sistem). Perturbaii diverse.



Continuare Limitri hardware (UCP, dimensiunea

memoriei, vitez de comunicaie). Depanarea (de multe ori trebuie efectuat de

personal fr pregtire tehnic avansat). Prioriti n funciile de sistem (butonul de la

ce etaj este prioritar?). Solicitri particulare de la client (limbaj de

dezvoltare, specific interfa utilizator) http://smi.aii.pub.ro 21


Sfritul continurii Partiionarea codului.

Caracteristicile de timp real. Comentarea corespunztoare a codului.

Realizarea de instruciuni de utilizare. Implementarea elementelor la mod.



CURS 11 2013

Sisteme de operare specializate




Funciile unui sistem de operare Gestioneaz task-urile

Face legtura ntre hardware i utilizator Realizeaz anumite sarcini specifice

Gestioneaz resursele sistem



Sisteme operare embedded

Ruleaz pe platforme de tip embedded Permit multitasking (funcii complexe)

Permit scrierea de software mai rapid (datorit interfarii cu hardware-ul funcii sistem) Pot fi hard RTOS / soft RTOS / uz general Pot fi proprietar sau open-source



Criterii de evaluare n alegerea SO

Categoria din care face parte sistemul Resursele hardware Timpul de proiectare / producie / lansare Cost Competene necesare



Categoria sistemului

sisteme din industria auto industria aeronautic / sisteme militare categorii de larg consum

sisteme medicale dispozitive de reea

sisteme din industrie



Resurse hardware

procesorul: acest aspect limiteaz foarte mult alegerea SO deoarece majoritatea sistemelor de operare sunt gndite pentru anumite arhitecturi. memoria necesarul de interconectare: lucrul cu hardware-ul. SO

trebuie s poat include capacitatea de comunicare TCP/IP, bluetooth, WiFi, 3G etc. dac se dorete disponibilitatea anumitor metode de transmitere de date. perifericele



Cost

Dac se noteaz cu: P = preul produsului final cu care se dorete a fi

dat cumprtorului Ch = costul hardware-ului CS = costul software-ului (tax pentru fiecare bucat vndut) Nh = costul de proiectare hardware NS = costul de proiectare software D = numrul de dispozitive vndute



Cost

Se obine urmtoarea formul:

Ch se amortizeaz n funcie de numrul de dispozitive vndute. NS este un cost care ine de software-ul dezvoltat de productor sau n cazul n care software-ul este cumprat. Acest cost se platete o singur dat , nu pentru fiecare bucat dispozitiv n parte. De obicei NS este inclus n Cs.


DN

DNCCP ShSh


Timpul de proiectare/producie/lansare

timpul de realizare este timpul necesar pentru ca produsul(dispozitivul) s fie lansat pe pia. Acest timp nu trebuie s fie prea mare, dar el depinde de tipul produsului.



Competene necesare / suport Competenele reprezint gradul de cunotine

necesare pentru a utiliza i dezvolta sistemul de operare. Ele sunt competenele pe care trebuie s le aib echipa de dezvoltare pentru a lucra cu sistemul de operare. Un SO mai cunoscut dispune de o comunitate de

utilizatori mai mare, lucru care face SO mai puternic deoarece documentaia pentru suport se gsete mai rapid i n cantiti mari.



Decizie

cumprm sistemul de operare? dezvoltm un SO?

alegem soluia hibrid cumprm un SO sau alegem un SO opensource i l adaptm cerinelor noastre?



Cumprarea unui sistem de operare

Prin cumprarea unui SO cumprm un produs optimizat, timpul de lansare pe pia este scurt, beneficiem de suport. n cazul produselor comerciale timpul de via al produsului este asigurat. De obicei, produsele comerciale sunt bine documentate. Aspecte negative:

cost mare : poate exista o tax pe dispozitiv; orice soft nu este perfect i pot aprea bug-uri de aceea trebuie vzut modul de realizare al contractului de cumprare

trebuie s se cunoasc de la nceput necesarul hardware suntem nevoii s nvm produsul dezvoltat de altcineva



Dezvoltarea unui SO propriu

Aspecte pozitive: nu depindem de produsul altuia (care n timp poate da faliment i

n acest caz nu am mai avea suportul necesar) avem independen fa de aceast pia inem sub control costurile Aspecte negative:

competene: greu de gsit persoane suficiente pentru a lucra la componente

depindem de persoanele care dezvolt aplicaia (poate exista cazul n care concediem persoanele care au dezvoltat softul)

dureaz mai mult dezvoltarea softului documentaia depinde de persoanele care au dezvoltat produsul trebuie asigurat mentenana produsului



Soluie hibrid Cnd plecm de la o soluie open-source i

dezvoltm ceva nou. O soluie hibrid presupune un cost iniial, dar costurile totale sunt mai mici. Aceasta este o soluie care realizeaz un compromis ntre primele dou variante.



Exemple de sisteme de operare embedded

Uz general: eCos, CLinux FreeRTOS c/OS II & III Dispozitive de reea: Cisco OS Telefoane inteligente / tablete: Bada OS, Symbian / S60 Windows CE (Windows Mobile, Windows Phone) BlackBerry OS, iOS Android



eCos - Embedded Configurable Operating System http://http://ecos.sourceware.org/

opensource, royalty-free, real-time derivat din RedHat Linux dar nu este un sistem de operare linux-like Arhitecturi suportate: ARM, CalmRISC, Cortex-M, Renesas R8 i

SuperH, IA32, MIPS, NEC-V8, PowerPC, SPARC Include:

Hardware Abstraction Layer (HAL), Real-time kernel (Interrupt handling, Exception handling, Choice of schedulers,

Thread support, Rich set of synchronization primitives, Timers, counters and alarms, Choice of memory allocators, Debug and instrumentation support),

POSIX compatible API, ISO C and math libraries, Serial, ethernet, SPI, I2C, framebuffer, CAN, ADC, wallclock and watchdog device

drivers, USB slave support, TCP/IP networking stacks, C++ Standard Template Library (uSTL).



Exemple de sisteme rulnd eCos

http://smi.aii.pub.ro 17 Banksys payment terminal

WowWees Rovio mobile robot has a built-in webserver


CLinux - http://www.uclinux.org/ Embedded Linux without Memory Management Unit (MMU)


ISS analiza calitii aerului uClinux-based serial port servers


FreeRTOS http://www.freertos.org/

scris n C Ofer mecanisme

pentru fire de execuie, semafoare, timere. Nu ofer suport pentru

MMU, drivere, multiusers sau reea. Peste 31 de

microcontrolere suportate.



Micrim C/OS II & III http://www.micrium.com

Micro-Controller Operating Systems Dimensiuni reduse, necesit doar 20KB

pentru un kernel complet funcional Codul surs scris n ANSI C

Suport mai multe de 100 de arhitecturi de la 8 la 64 de bii OS ~5.000$, TCP/IP Stack ~12k$, USB

Stack ~10k$... http://smi.aii.pub.ro 20


Microsoft OS

Windows CE (Windows Embedded Compact) versiune pentru sisteme specializate, poate rula cu sub 1MB RAM. Suport ARM, MIPS, SuperH i x86. Windows Mobile particularizare a WinCE pentru

smartphone, pocketPC, PDA, automotive Windows Phone (7,8) nlocuiete Windows Mobile,

derivat din WinCE dar nu mai este compatibil Windows Embedded Standard versiune compact

a versiunilor desktop (XP Embedded, 2009, 7, POSReady)



Android

Dezvoltat iniial de Android Inc. ncepnd cu 2003, achiziionat de Google n 2005 Bazat pe kernel de Linux (4.0 -> kernel 2.6)

Orientat puternic ctre arhitectura ARM (cteva tentative de portri x86 GoogleTV, Android x86) n 2007 a luat natere Open Handset

Alliance pentru standardizarea n cazul dispozitivelor mobile.



Arhitectura sistem



Aplicaii Android


Home Appliance


Sisteme de operare pentru Arduino

DuinOS derivat din FreeRTOS http://code.google.com/p/duinos/ PyxisOS interfa

utilizator, necesit Arduino Mega + Mega Palm http://www.skewworks.com/pyxis/



CURS 12 - 2013

Sisteme industriale de tip PC




Ce este un PC industrial?

Un sistem de tip PC (x86) destinat aplicaiilor industriale Caracteristici:

Solid (carcas metalic robust) Form standard (rack-abil) Rcire optimizat (filtru de aer, rcire cu lichid) Extensibilitate mai simpl Ecranare magnetic i electric Consum redus Watchdog de sistem



Exemple



Avantaje Viteza de dezvoltare a sistemului (time to

market): sunt luate n considerare preul (costul) i timpul de dezvoltare Cost proiectare / dezvoltare redus pentru

cazul unor sisteme produse n serie mic. Timpul n care hardware-ul este disponibil e

minim.



Avantaje (2) Capacitate de stocare a datelor Software standard (familiar): exist deja foarte muli

oameni instruii pe aceste sisteme Hardware standard: componentele sunt relativ uor

de gsit pe pia Interfaa utilizator

Tool-uri: de la cele gratis la cele comerciale; partea de instruire nu este necesar CPU (procesorul): de obicei, procesoarele care se

gsesc pe aceste sisteme sunt standard. http://smi.aii.pub.ro 5


Dezavantaje Cost mare: cnd produsul este optimizat, dar deja a

fost produs n serie. Dezvoltare hardware: cnd avem de interfaat

sistemul cu un dispozitiv non-standard. n acest caz costul e si dezavantaj i avantaj. Necesitatea unei tastaturi i display: lucru care poate

fi evitat prin modificarea BIOS-ului, astfel nct s permit pornirea sistemului de operare i fr aceste periferice sau s permit redirecionarea acestor dispozitive ctre portul serial etc.



Dezavantaje (2) Disponibilitatea componentelor: lumea PC-urilor are o

dezvoltare foarte rapid; dac lum azi un PC, peste 3 ani dac ni s-a ars o component exist posibilitatea s nu mai gsim pe pia nlocuitor. SO nu sunt real time: dac utilizm SO uzuale (DOS, Windows)

nu ne ofer performane n timp real. Putem s alegem n acest caz soluii mai scumpe n ceea ce privete sistemul de operare. disponibilitatea de stocare: personalizri ale sistemului: unele

sisteme nu dispun de HDD partea de proiectare este executat de alte persoane i nu

echipa proprie de dezvoltare, idem testare: nu avem sigurana c proprietile declarate sunt i cele reale.



Standarde industriale

PC/104

STD Bus (Z80)

VME Bus (Motorola)



PC/104

Stabilete forma i magistrala de interconectare: PC/104 ISA PC/104-Plus ISA & PCI PC-104 PCI PC/104 Express PCI & PCIe PCIe/104 - PCIe



Exemple



Freescale Vybrid Tower System

11 http://smi.aii.pub.ro


Sisteme de control industriale



Sisteme SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

Un sistem SCADA are patru funcii principale:

1. Achiziia de date (i nregistrarea n timp real)

2. Comunicaia la distan 3. Prezentarea datelor (i definirea de alarme) 4. Controlul



Componentele unui sistem SCADA

Senzori (digitali sau analogici) i mecanisme de control (elemente de achiziie i de comand). Remote telemetry units (RTUs). Sisteme de calcul integrate ce

sunt localizate pe teren. Au rolul de a prelua i transmite date sau de a primi i pune n practic comenzi. Implic utilizarea sistemelor de tip IED Intelligent electronic device i PLC Programmable logic controller. SCADA master units. Sisteme de calcul ce joac rolul de

servere pentru sistemul SCADA. Includ interfaa cu utilizatorul (HCI, HMI) i partea de procesare necesar comenzii. The communications network interconecteaz SCADA

master i RTU-urile din teren (conectare direct, prin transport, microunde, radio, fibr optic).



Arhitectura unui sistem SCADA



Productori sisteme SCADA/EMS



Protocoale de comunicaie



18


Exemplu staie de transformare



Interfa de raportare / comand



Exemplu nod transport gaze naturale



Exemplu sistem de supraveghere sistem transport gaze naturale



Securitate Barajul Roosvelt Sistem SCADA de

control al deversrii compromis n 1998 de ctre un hacker n vrst de 12 ani. A fost preluat

controlul complet asupra vanelor de deversare i barajul golit aproape total. http://smi.aii.pub.ro 23


Securitate Pana de curent din SUA 2003 Provocat de o cdere a sistemului

SCADA a sistemului energetic naional Datorit imposibilitii de control al

liniilor a generat o suprancrcare (urmat de cdere) a mai multor linii de transport. n dou ore s-au pierdut 61.800MW

Ancheta a durat doi ani



OPC Server for Arduino



Farm's SCADA

http://smi.aii.pub.ro 26 http://www.segura.cat/project/menu.php?projecte


CURS 13 - 2013

Arhitecura ARM




ARM Advanced RISC Machines

ARM Ltd. fondat n 1990 ca o colaborate ntre Acorn, Apple i VLSI ulterior ARM Holding cu sediul n Cambridge, UK. Nu produce circuite

integrate ci realizeaz proiectarea de nuclee de procesoare RISC pe 16/32 bii pe care le liceniaz altor companii.



Versiuni ale familiei ARM



Ce se nelege prin arhitectura ARM?

Arhitectur RISC pipeline pe 32 bii (byte=8, halfword=16, word=32) Set extins de registre R0 R16 pe 32 bii

Arhitectur Load and Store Instruciuni de lungime fix, densitate mare,

execuie ntr-un singur ciclu procesor Sistem de ntreruperi pe dou niveluri cu

schimbarea setului de registre



Extensii ARM

Set de instruciuni pe 32bii (ARM), 16bii (Thumb), 16/32bii (Thumb2) JAVA jezelle DBX (direct byte code execution) Extensie DSP (set de instruciuni extins)

VFP (Vector Floating Point) FPU coprocessor extension SIMD / Neon (Advanced SIMD) TrustZone (2 nuclee virtualizate pentru separarea

contextului de rulare)



Arduino Due

Microcontroller AT91SAM3X8E (ARM Cortex-M3) 84MHz Operating Voltage 3.3V Input Voltage (recommended) 7-12V

Digital I/O Pins 54 (of which 12 provide PWM output) Analog Input Pins 12 Analog Outputs Pins 2 (DAC) 4 UART, CAN, 2 TWI, SPI 9 timers Native USB Host + USB Programming

Port Flash Memory 512 KB all available for

the user applications (bootloader -> ROM) erase button, SRAM 96 KB (two banks: 64KB and 32KB)



Atmel SAM3X / Cortex-M3



Maple STM32 ARM STM32 F103RB: a 32-bit ARM Cortex

M3 microprocessor 72 MHz 39 Digital I/O Pins (GPIO) 16 Analog Input Pins 12-bit ADC resolution (ADC) 15 PWM pins at 16-bit resolution (PWM) 128 Flash and 20KB SRAM Integrated SPI (SPI), Integrated I2C

(I2C), 3 USART Four 4-channel Timers (Timers)



Freescale Freedom Board KL25Z

MKL25Z128VLK4 ARM Cortex M0+ 48MHz, 128KB Flash, 16KB SRAM Capacitive Touch Slider, 3-axis.

accelerometer MMA8451Q, RGB LED



Cortex-M0 / Cortex-M0+



Infineon XMC1100

XMC1100 ARM Cortex-M0, 64MHz 64KB Flash, 16KB SRAM, 8KB

ROM



NXP LPC800 MAX

NXP LPC812 MCU Low power ARM Cortex-M0+ Core 30MHz, 16KB Flash, 4KB

RAM 3xUSART, 2xSPI,

1xComparator, 1xI2C



NXP LPC1114 ARM Cortex-M0


PDIP28, 50MHz, 30KB Flash, 4KB SRAM, 10-bit ADC, 22 I/O


Sakura Board

Renesas RX63N R5F563NBDDF 96MHz 1MB Flash, 128KB

SRAM, Data Flash 32KB



Renesas RX63N



Raspberry Pi

Broadcom BCM2835 (ARM1176JZF-S 700 MHz + VideoCore IV GPU, 512MB SDRAM)



ARM11 / BCM2835



Beaglebone

Procesor AM3359 A8 Cortex, 1GHz MHz, 512 Mb



AM3359 / ARM Cortex-A8



Arduino Tre



VIA APC

WM8750, ARMv6-A, Cortex A9, 800MHz, 2GB RAM



cursuri smi final

Documents