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byProf Edson Pedro Ferlin

Sistemas Embarcados: uma Visão Geral

byProf Edson Pedro Ferlin

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byProf Edson Pedro Ferlin

Semicondutores“Mainstream Silicon Application

is switching every 10 Years”

TTL µproc.,memory

custom

standard

19571967

1977

1987

1997

2007

ASICs,accel’s

LSI,MSI

“The Programmable System-on-a-Chipis the next wave“

Tredennick’sParadigm Shifts

hardwired

algorithm: fixedresources: fixed

procedural programming

algorithm: variableresources: fixed

structural programming

algorithm: variableresources: variable

vN machineparadigm

anti machineparadigm

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Sistemas TradicionaisSistemas Tradicionais

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Sistemas EmbarcadosSistemas Embarcados

“Computadores integrados em equipamentos com funções específicas que atendem determinado

requisito ou funcionalidade.”

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Sistemas ComputacionaisSistemas Computacionais

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Modelo de Modelo de Von NeumannVon Neumann

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ComputadorComputador

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HardwareHardware

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ProcessadorProcessador

Microprocessador(80x86, 68000, Itanium, MIPS, Pentium, Core 2/i)

Microcontrolador(PIC, 8051/8052, ATMega)

DSP(TMS 320C55X)

Hardware Reconfigurável(NIOS)

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Microprocessadores – Processadores contidos em um único encapsulamento (chip). Ex: Pentium, PowerPC

Microcontroladores – Processadores com recursos adicionais embutidos como E/S, memória, interrupção. Ex: 8051, PIC

Microprocessador X MicrocontroladorMicroprocessador X Microcontrolador

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• CISC – São processadores que tem um conjunto de instruções complexas e que requerem vários Ciclos de Máquina para serem executadas.

• RISC – São processadores que tem um conjunto de instruções reduzido, pois somente são permitidas as instruções que possam ser executadas em um ciclo de máquina.

• VLIW – São processadores que podem executar várias instruções simultaneamente em suas unidades funcionais. Esta arquitetura se caracteriza por executar gabarito de instruções.

Arquitetura dos ProcessadoresArquitetura dos Processadores

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CISC – Complex Instruction Set Computer(80486, 68000, 8051)

RISC – Reduced Instruction Set Computer(PowerPC, Pentium, MIPS, Atmel)

VLIW – Very Large Instruction Word(DSP, Crusoe)

EPIC – Explicitly Parallel Instruction Computing(Itanium)

Exemplos de ArquiteturasExemplos de Arquiteturas

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Características CISC RISC VLIWInstruções Instruções complexas

consumindo múltiplos ciclos de máquina

Instruções simples gastando um ciclo de máquina

Idem RISC

Tamanho das Instruções Variável Mesmo tamanho Mesmo tamanho (Gabarito)

Referência à Memória Qualquer instrução pode referenciar a memória

Apenas instruções loads/stores referenciam a memória

Idem RISC

Pipeline Não tem pipeline, ou tem pouco

Altamente pipeline Grande Capacidade

Microcódigo Instruções são interpretadas pelo microprograma

Instruções são executadas diretamente pelo hardware, sem a necessidade do interpretador

Idem RISC

Modos de Endereçamento Muitas instruções e muitos modos de endereçamento

Poucas instruções e também poucos modos de endereçamento:DiretoVia Registrador

Idem RISC

Complexidade A complexidade está embutida no microprograma

A complexidade do sistema está no compilador

A grande carga de trabalho para montar o gabarito é para o compilador

Registradores Conjunto único de registradores

Múltiplos conjuntos de registradores

Idem RISC

Unidade de Load/Store Não tem, pois todas as instruções podem acessar a memória

Sim Sim

Unidade de Branch Não tem este recurso Sim Sim

Cache Não tem cache L1 e poucos tem L2

L1 – Dados/InstruçõesL2 – DadosL3 - Dados

Idem RISC

Paralelismo Nenhum Sim, depende das unidades internas

Sim, depende do gabarito

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byProf Edson Pedro FerlinSpartan-II16 bit DSPDSPuva16

FLEX10K30 or EPF6016

i8080AMy80

32-bit gr1050

16-bitgr1040

Altera –Mercury

8 bitNios

Altera 22 D-MIPS

32-bit instr. set

Nios 50 MHz

Altera Mercury

16-bit instr. set

Nios

Xilinx up to 100 on one FPGA

32 bit standard RISC32 reg. by 32 LUT RAM-based reg.

MicroBlaze 125 MHz 70 D-MIPS

PlataformaArquiteturacore

SpartanXLRISC integer Cxr16

old Xilinx FPGA Board

16-bit RISC, 2 opd. Instr.

YARD-1A

1 Flex 10K20Acorn-1

Altera, Lattice, Xilinx

8 bit CISC1Popcorn-1

Lattice 4 isp30256, 4 isp1016

12 bit DSPReliance-1

2 XILINX 3020 LCA

8 bits Instr. + ext. ROM

REGIS

200 XC4000E CLBs

CISC, 32 reg.uP1232 8-bit

ARMARM7 clone

SPARCLeon25 Mhz

PlataformaArquiteturaCore

Exemplos de Exemplos de CPU CoreCPU Core

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Nick Tredennick

algoritmos variável

recursos fixo

Computação Tradicional:

algoritmos variável

recursos variável

ComputaçãoReconfigurável:

Programável

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Volátil

SRAM

Não-Volátil

EPROMEEPROM

FLASH

MemóriaMemória

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Física

SerialParalela

USBRede

Wireless

RFIDGPRSBluetoothWi-Fi

ComunicaçãoComunicação

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ENTRADAENTRADA

•Conversor A/D•Chaves/contatos•Sensores:

•Temperatura•Ph•Luminosidade•Pressão•Tensão

SAÍDASAÍDA

•Conversor D/A•Displays•LEDs•Foto-Acopladores•Transistor•Atuadores:

•Motores•Relês•Válvulas

InterfaceamentoInterfaceamento

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SoftwareSoftware ((FirmwareFirmware))

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Assembly

Linguagem de Alto Nível

ProgramaçãoProgramação

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CompilaçãoCompilação

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Engenharia de SoftwareEngenharia de Software

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•Frequência•Consumo de Energia•Dissipação de Calor

•Processamento•Armazenamento•Tempo Real

•Espaço Físico

•Custo

•Interferências•Vibração•Condições Adversas

Funcionalidade

CaracterísticasCaracterísticas

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nn Período do Clock:Período do Clock: Tecnologia e HardwareTecnologia e Hardwarenn CPI(CPI(ClocksClocks per per InstructionInstruction):): Hardware eHardware e

InstructionInstruction Set Set ArchitectureArchitecturenn IC(IC(InstructionInstruction CountCount):): InstructionInstruction Set Set ArchitectureArchitecture e e

CompiladorCompilador

O desempenho da CPU depende destes três fatores, e podem ser melhorado pela redução de um ou mais destes fatores

Tempo CPUTempo CPU = = ICIC xx CPICPI xx Período doPeríodo do ClockClock

DesempenhoDesempenho

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Automobilística

Telecomunicações

Aeroespacial

Militar

Interfaces

Médica e Biomédica

Processamento de Sinais

Automação

Equipamentos

Robótica

Monitoramento

Comunicação de Dados

AplicaçõesAplicações

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Exemplo #1Exemplo #1

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Exemplo #2Exemplo #2

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Exemplo #3Exemplo #3

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Exemplo #4Exemplo #4

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ConclusãoConclusão

Grande parcela do mercado

Utilização em muitos setores

Viabilidade

Segmento especializado

Crescimento

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Obrigado pela AtençãoObrigado pela Atenção

??? Perguntas ?????? Perguntas ???

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Prof. Edson Pedro FerlinEdson Pedro Ferlin

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