STE29008-2019-1

Sistemas Embarcados

• Professor: Roberto de Matos
• Encontros: quartas às 13:30h e sextas às 15:40h no Laboratório CAD 1.

• Plano de Ensino.

13/02/2019 – Apresentação

• Apresentação do professor.
• Apresentação da disciplina.
• 2017 Embedded Markets Study

15/02/2019 – Introdução

• Notas de Aula:
  • Introdução
  • Embedded Systems Development: Design Principles
  • I/O Basics

20/02/2019 – Experimento GPIO

• Experimentos:
  • Lab 01: GPIO - Hello LED
  • Arduino - Digital Pins

22/02/2019 – Experimento UART

• Serial Arduino

• Experimentos:
  • Lab 02: UART - Serial Communication
  • Lab 03: UART - Master/Slave

27/02/2019 – ADC

• Finalizar o UART mestre escravo

• Consulta:
  • ADC
• Experimentos:
  • Lab 04: UART - ADC e Sensor Reading
  • Lab 05: Temperature Sensor

01/03/2019 – Interrupções

• Desafio:
  • Usando Round Robin sem interrupções implementar um sistema com um LED e um botão. O sistema deve piscar o LED a cada 2 segundos e ao botão ser pressionado envia uma mensagem pela serial.

• Notas de Aula:
  • Embedded Systems Development: Design Principles

• Experimentos:
  • Lab 06: GPIO and External Interrupts - part 1
  • Lab 07: GPIO and External Interrupts - part 2

• Referências:
  • attachInterrupt()
  • millis()

08/03/2019 – Usando C++

Mudança de nível de abstração

• Arduino Mega --> ATmega2560 (Ex.: I/O Ports)
• Esquemático Arduino Mega
• Esquemático Arduino Mega - CLONE

Fonte: https://www.arduino.cc/en/Hacking/PinMapping2560

ATmega2560: I/O Ports

• Datasheet ATmega2560
• Resumo Portas

• Tabela verdade de configuração das portas:

• Endereços registradores de I/O:

GCC, avr-libc

Fluxo Ferramentas:

AVR-LIBC:

• avr-libc
• A simple Project

Desenvolvimento:

• É obrigatório a instalação das ferramentas (Toolchain e o AVR-Libc).
• O aluno pode escolher usar o Eclipse ou montar seu próprio Makefile.

• Ferramentas Necessárias:
  • Instalação do Toolchain e AVR-Libc

• Instalação do Eclipse:
  • Eclipse IDE Neon.2 para Linux 64-bits (última atualização em 24/02/2017) - Mantido pelo Prof. Arliones.
  • OU
  • Instalação do Eclipse para C/C++ e Plugin dentro do Eclipse
  • E
  • Iniciando um projeto no Eclipse usando o AVR Plugin

• Makefile:
  • Guia
  • Exemplo Simples
  • Exemplo Complexo

Prática

• Implemente um programa usando GCC e avr-libc para ligar um led quando um botão for pressionado (exemplo)
• Operação de Bits em C/C++
• Operações Booleanas em C/C++
• Programming 101 - By Eric Weddington

15/03/2019 – Usando C++ (cont.)

Atividade - A1

Re-implementar as seguintes atividades usando C++ e AVR-Libc:

• Lab 01: GPIO - Hello LED
• Lab 02: UART - Serial Communication
• Lab 04: UART - ADC e Sensor Reading
• Lab 06: GPIO and External Interrupts - part 1
• Lab 07: GPIO and External Interrupts - part 2

Entregar:

• Código fonte
• Relatório apresentando principais registradores utilizados para cada atividade.
• Usar as dicas em: Atmel AVR4027: Tips and Tricks to Optimize Your C Code for 8-bit AVR Microcontrollers

Deadline: 31/03/2019

20/03/2019 – Auxílio Atividade (Serial)

• Análise dos registradores de controle
• Funcionamento bloqueante da Serial

22/03/2019 – Auxílio Atividade (ADC)

• Análise dos registradores de controle
• Resumo
• <stdlib.h>: General utilities

27/03/2019 – Auxílio Atividade (Interrupção)

• Revisão das funções lógicas em C/C++
• Definição das funções de interrupção
• <avr/interrupt.h>: Interrupts

• Análise comunicação serial 9600bps 8N1:
  • Tempo por bit = 1/9600 = ~104us
  • Tempo por byte (8N1) = 104us x 10 = 1,04ms
  • Período do clock de 16MHz = 1/16M = 62,5ns
  • Considerando uma instrução por ciclo de clock, temos: 16.666 instruções que podem ser executadas durante a recepção de 1 byte pela serial (9600 8N1).

03/04/2019 – Classe GPIO

• Projeto GPIO
• Mapeamento de Pinos Arduino Mega

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "GPIO.h"


//LEDS PLACA (acende com '0')
GPIO led0(0, GPIO::OUTPUT);		//PE0
GPIO led1(1, GPIO::OUTPUT);		//PE1

//LEDS PLACA (acende com '1')
GPIO led13(13, GPIO::OUTPUT);	//PB7

//Adicionar LED
GPIO led4(4, GPIO::OUTPUT);		//PG5
GPIO led6(6, GPIO::OUTPUT);		//PH0

int main(void){

	UCSR0B = 0;

	led0.set(1);
	led1.set(1);
	led6.clear();
	led4.clear();
	led13.clear();
	_delay_ms(1000);
	led0.clear();
	led1.clear();
	led6.set(1);
	led4.set(1);
	led13.set(1);
	_delay_ms(1000);

	while (1){
		led0.toggle();
		led1.toggle();
		led6.toggle();
		led4.toggle();
		led13.toggle();
		_delay_ms(1000);
	}

}

05/04/2019 – Classe GPIO (cont.)

• GPIO Port
• Análise GPIO

avr-objdump -h -S <PROJECT_NAME>.elf > <PROJECT_NAME>.lst

10/04/2019 – Classe GPIO (cont.)

• Atividade 2:
  • Análise prática das versões passadas em sala de aula com tabela contendo o tamanho do seguinte:
    • Construtor
    • Método set(val)
    • Do objeto na memória de dados
    • Total do programa
    • Total dos dados
  • Completar a classe GPIO e GPIO_port da GPIO_v2 para todos os pinos da plataforma Arduino, gerando a GPIO_v3, com os seguintes IDs:
    • Mapeamento de Pinos Arduino Mega
  • Fazer uma análise na versão GPIO_v3 com os arrays na memória RAM e forçados para memória flash com:
    • PROGMEM
  • Entregar Código Fonte e Relatório contendo:
    • Análise prática e conceitual das versões
    • Discussão da implementação
  • Essas perguntas não precisam ser respondidas como questionário e não devem limitar suas análises.
    • 1- Por que salvar o _bit como (1 << BIT_PORTA)? É melhor do que usar diretamente (1 << BIT_PORTA)?
    • 2- Qual tamanho do clear? Por que ele é maior e mais lento que o set? Como resolver?
    • 3- Por que utilizar grandes vetores na memória Flash? O que isso impacta no acesso a constante?
    • 4- Comente sobre a versão 1.2 e 1.3. Qual é menor e por quê? Quais as vantagens da v1.3?
    • 5- Comente sobre a estratégia usada na implementação v2?
    • 6- Qual o tamanho total dos recursos ocupados pelo atributo do objeto "GPIO" nas vesões sugeridas?
    • 7- Qual a diferença de expandir as versões passads para todos os pinos do hardware do arduino? Como isso impactaria no "construtor" e no "set"?
  • Apresentar o código presencialmente

(12/04/2019) – Classe UART Bloqueante

Dúvidas A2 (Classe GPIO)

Proposta e implementação da UART Bloqueante

• Ler o capítulo 22 do datasheet (USART). Atenção especial as seguintes seções:
  • "Clock Generation"
  • "USART Initialization"
  • "Sending Frames with 5 to 8 Data Bit"
  • "Receiving Frames with 5 to 8 Data Bits"
  • "Register Description"

• Diagrama de Classe:

(17/04/2019) – Classe UART com Interrupção

Proposta e implementação da UART com interrupção:

• Ler manuais da AVR-LIBC:
  • https://www.nongnu.org/avr-libc/user-manual/group__avr__interrupts.html
  • https://www.microchip.com/webdoc/AVRLibcReferenceManual/group__avr__interrupts.html

• Ler o capítulo 14 do datasheet (Interrupts).
• Ler Seção "7.8 Reset and Interrupt Handling"
• Ler o capítulo 22 do datasheet (USART). Atenção especial as seguintes seções:
  • "Transmitter Flags and Interrupts"
  • "Receive Compete Flag and Interrupt"
  • "Register Description"
• Atenção, a interrupção TXCIEn não deve ser usada - normalmente ela é utilizada apenas para implementar protocolos com reconhecimento/ack;
• Diagrama de Classe: