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Microcontroladores e Interfaces3º Ano – Eng. Electrónica Industrial e
Computadores
Carlos Silva
2º Semestre de 2005/2006
Aula Aula -- A1A1
2121 FevFev 0606 -- MM
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Microcontroladores e Interfaces 2005/2006 – Carlos A. Silva2
Sumário
Objectivos da disciplina
Programa de “Microcontroladores e Interfaces”
Avaliação
Bibliografia
Links importantes
Atendimento
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Microcontroladores e Interfaces 2005/2006 – Carlos A. Silva3
Objectivos
Após a conclusão com sucesso da disciplina, o aluno deverá ser capaz de:
Explicar a arquitectura de um processador e de sistemas baseados em processadores e microcontroladores (sistemas computadorizados).
Explicar a motivação e os tipos de implementação de caches e de memória virtual, bem como avaliar o seu impacto na performance.
Explicar a motivação e a implementação de pipelines, bem como avaliar o seu impacto na performance.
Explicar a motivação do sistema I/O e a sua implementação, bem como avaliar o seu impacto sobre a performance e adquirir a capacidade para projectar a interface de periféricos ao processador/microcontrolador.
Tomar conhecimento dos principais barramentos e periféricos séries e paralelos.
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Programa
1. Performance de sistemas baseados em microprocessadores e microcontroladores
Definição de performanceEscolha de programas para avaliar a performanceComparação da entre vários sistemas performance
2. Pipeline do ProcessadorPipeline do caminho de dadosControlo do pipelineStructural, data e control hazardsStall e ForwardingExcepções e interrupções
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Programa
3. Hierarquia de memóriaMemória cacheAvaliação e medição da performance da cacheMemória virtual
4. Interface do processador aos periféricosBarramentosMódulos I/OProgrammed I/OInterrupt-driven I/ODirect Memory AccessInterface externa: ATA, PCI, SCSI, USB e Firewire
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Programa
5. Standards, dispositivos e interfacesSériesParalelosArmazenamento de dados
6. Projecto de sistemas baseados em microcontroladores
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Programa
Notas – Mudanças relativamente ao passado:Serão usados exemplos de vários microprocessadores/microcontroladores: i8051, Pentium, PowerPC, ARM e MIPS.
Mas será requisito apenas conhecimento prévio em programação do i8051.
No estudo do pipeline será ensinado os rudimentos da programação do MIPS.
A ordem dos assuntos será alterada de modo a dar um melhor apoio aos Laboratórios Integrados II.
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Programa
Havará dois trabalhos baseados em microcontroladores em LI 2.
Nova ênfase:Programação dos dispositivos usando linguagem assembly.
Ligação da linguagem C à linguagem assembly para microcontroladores.
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Forte dependência
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Sistema de avaliação
A avaliação está dividida em duas componentes:
A avaliação da disciplina é do tipo periódica:RIAPA – A avaliação periódica é feita pontualmente durante cada semestre, em momentos classificativos pré-determinados.
A avaliação periódica será constituída por:2 Mini-testes – 40%1 Exame – 60%.Notas:
O exame e os mini-testes avaliarão conhecimento e não a velocidade.Os mini-testes e o exame são sem consulta.
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Regime de Faltas
A presença nas aulas teórico-práticas é obrigatória, sendo condição de passagem a presença em pelo menos a 2/3 das aulas leccionadas.
Haverá de igual modo marcação de presença nas aulas teóricas, sendo condição de passagem a presença em pelo menos 2/3 das aulas leccionadas.
Excepções:Alunos com estatuto de trabalhador/estudante.
Alunos com disciplinas em atraso, mas apenas com um sistema compensatório.
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Formato das aulas
Não haverá uma divisão estanque entre aulas teóricas e aulas teorico-práticas.
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Bibliografia
Heuring, V., “Computer Systems Design and Architecture”, Prentice Hall, 2003.
Hennessy, J. e Patterson, D., “Computer Organizationand Design: The Hardware/software Interface”, MorganKaufmann Publishers, 2004.
Stallings, W., “Computer Organization and Architecture”, MacMillan, 1993.
Carpinelli, John, “Computer System: Organization & Architecture”, Addison Wesley, 2001.
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Informação administrativa
Aulas:Aulas teóricas: terça-feira - 11:00 -13:00HAulas teorico-práticas: terça-feira - 15:00 –16:00H / 16:00 – 17:00H
Atendimento:Terça-feira: 17:30 – 19:30H
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Por quê estudar “Microcontroladores e
Interfaces” ?
Vale o esforço ?
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?Biónico:
Sensores embutidos nos dedos de latex instantaneamente detectam calor e frio, e uma interface electrónica no seu antebraço artificial estimulam os nervos da parte superior do seu braço que passa a informação ao cérebro.Este sistema cujo custo ascende a mais de 3000 €permite que a sua mão sinta pressão e peso, por isso pela primeira vez desde que perdeu o seu braço num acidente em 1986, ele pode pegar numa lata de refrigerante sem esmaga-la ou deixa-la cair pelos dedos.
VidaVida
Adaptado de Patterson@UCB
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Wireless access (tecnologia Bluetooth)Display com servidor XDisplay 96x120 pixeisControlador de infravermelhoSomDuas portas sériesSistema Operativos: Linux
ComodidadeComodidade
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?Mais de 30 % do custo do carro é hoje gasto na electrónica90 % de toda a inovação será baseada em sistemas electrónicos
Extraído da revista Computer vol. 35, nº1, 2002
Seg
uran
Seg
uran
çç aa
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Correcção da tensão da rede: usando um filtro série
iS LR
∆v
vL
Rede Eléctrica
vS
iL1
iL2
Carga Não
Linear
CargaLinear
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Correcção da tensão da rede: usando um filtro série
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Correcção da tensão da rede: usando um filtro série
Inversor
+
ia
Filtro Activo Série
Controlador
a
b
c
N
vsaRede
Eléctrica
ib
icvsb
vsc
vca
va
Cargavcb
vcc vb
vc
*cav*cbv*ccv
DCV
iaibic
vsavsbvsc
-Fonte de
Alimentação
DCV
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Microcontroladores e Interfaces 2005/2006 – Carlos A. Silva22
Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Que tipo de controlador deve ser usado ?Primeira solução: microcontrolador i80296SA @ 40 MHz
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?Segunda solução: Computador pessoal P3 @ 733 MHz, 512 MB RAM; OS Linux com extensão para tempo real; placa de aquisição de dados.
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Qual é a melhor solução ?
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Primeira solução: microcontrolador i80296SA @ 40 MHz
Cálculos usando a teoria p-q:
• Números inteiros (8 bit) 50 µs
Entrada/Saída de dados:
• 300 amostras/ciclo (15 kHz) atraso do controlador 67 µs
• Como os cálculos usam as amostras obtidas no ciclo anterior o tempo total será de 67 µs
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?Segunda solução: Computador pessoal P3 @ 733 MHz, 512 MB RAM; OS Linux com extensão para tempo real; placa de aquisição de dados.
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Características da placa de aquisição: Tlatência-ADC = 8 µs; Tlatência-DAC = 3 µs
Tplaca = 6 x Tlatência-ADC + 2 x Tlatência-DAC = 54 µs
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Microcontroladores e Interfaces 2005/2006 – Carlos A. Silva28
Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Tmemória = 8 x TCAC = 8 x 70 ηs = 0,56 µs
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Tcálculos teoria p-q = 4 µs
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Microcontroladores e Interfaces 2005/2006 – Carlos A. Silva30
Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
TPCI-Burst = [8 + (n-1)] x TCLK = 8 x 30,3 ηs = 0,243 µsTPCI = 8 x 0,243 = 1,94 µs (fCLK-PCI = 33 MHz)
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Por quê estudar “Microntroladores e Interfaces” é
importante ?
Ttotal ≈ 60 µs
Esta análise não considera os seguintes efeitos:• A latência devido à memória cache.
• A latência devido à memória virtual.
• A latência devido à transição entre user space e kernelspace (comutação de contexto: guardar/recuperar registos, pilha, espaço de endereçamento, esvaziar cache). Ocorre frequentemente em sistemas microkernel.
• O tempo de execução das funções de leitura e escrita na placa de aquisição de dados (6 leituras e 2 escritas).
(Tmínimo = 71 µs)