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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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