Sistemas Embarcados

Professor: Roberto de Matos
Encontros: segundas e quartas às 7:30h no Laboratório de Programação.

Aula 1 (30/07/2018) – Apresentação

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

Aula 2 (01/08/2018) – Introdução

Notas de Aula:
- Introdução
- Embedded Systems Development: Design Principles

Aula 3 (06/08/2018) – GPIO

Notas de Aula:
- I/O Basics

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

Aula 4 (08/08/2018) – UART

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

Aula 5 (13/08/2018) – ADC

Notas de Aula:
- ADC

Experimentos:
- Lab 04: UART - ADC e Sensor Reading

(15/08/2018) – ADC (cont.)

Experimento:
- Lab 05: Temperature Sensor

(20/08/2018) – PWM

Lab 06: Pulse Width Modulation (PWM)

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.

(22/08/2018) – Interrupções

(27/08/2018) – 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

Tabela verdade de configuração das portas:

Endereços registradores de I/O:

GCC, avr-libc

avr-libc
A simple Project
Eclipse IDE Neon.2 para Linux 64-bits (última atualização em 24/02/2017) - Mantido pelo Prof. Arliones.

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

Atividade

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

Entregar:

Código fonte
Relatório apresentando principais registradores utilizados para cada atividade.

(29/08/2018) – Auxílio Atividade (Teste GPIO)

(03/09/2018) – Auxílio Atividade (Serial)

Análise dos registradores de controle
Funcionamento bloqueante da Serial

(05/09/2018) – Auxílio Atividade (Interrupção)

<avr/interrupt.h>: Interrupts

(10/09/2018) – Aula cancelada

Aula cancelada devido a troca pelo horário de sexta-feira

(12/09/2018) – Debug

Debug plataforma Atmega2560
Esquemático Arduino Mega - CLONE

Código C:

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

int main(){

	DDRB  = 0xFF;
	DDRE  = 0xFF;
	while(1){
		PORTB = 0x00;
		PORTE = 0x00;
		_delay_ms(1000);
		PORTB = 0xFF;
		PORTE = 0xFF;
		_delay_ms(1000);

	}

	return 1;
}

Código Arduino:

#define led1 1


void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(led1, OUTPUT);
  
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
 
  digitalWrite(led1, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(led1, LOW);
  delay(1000);
  
}

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

(17/09/2018) – Classe 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);
	}

}

(19/09/2018) – Classe GPIO (cont.)

Continuando a implementação da classe.

(24/09/2018) – Classe GPIO (cont.)

Classe GPIO_Port
Análise conceitual das diferentes versões
Atividade 2:
- Análise prática das versões passadas em sala de aula (tamanho do construtor e do método set(val)).
- Completar a classe GPIO e GPIO_port para todos os pinos da plataforma Arduino, seguintes IDs:
  - Mapeamento de Pinos Arduino Mega
- Os arrays devem ser forçados para memória flash:
  - 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"?

(26/09/2018) – 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:

(01/10/2018) – 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:

(03/10/2018) – Classe Interrupção Externa

Proposta e implementação da classe de Interrupção Externa:

A classe deve funcionar para as 8 interrupções externas (INTn). Não confundir com a PCINTn.

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 15 do datasheet (External Interrupts). Atenção especial as seguintes seções:
- "Register Description" (EICRA, EICRB, EIMSK e EIFR)

Diagrama de Classe:

#include <avr/interrupt.h>
#include "extint.h"
#include "uart.h"

using namespace EXT_INT;

UART uart(19200, UART::DATABITS_8, UART::NONE, UART::STOPBIT_1);

void int0_handler(void){
	uart.put('0');
	return;
}

void int1_handler(void){
	uart.put('1');
	return;
}

void int2_handler(void){
	uart.put('2');
	return;
}

void int3_handler(void){
	uart.put('3');
	return;
}

void int4_handler(void){
	uart.put('4');
	return;
}

void int5_handler(void){
	uart.put('5');
	return;
}

void int6_handler(void){
	uart.put('6');
	return;
}

void int7_handler(void){
	uart.put('7');
	return;
}

int main( void ){

	ExtInt int0_obj(ExtInt::INT_0, ExtInt::FALLING, &int0_handler);
	ExtInt int1_obj(ExtInt::INT_1, ExtInt::FALLING, &int1_handler);
	ExtInt int2_obj(ExtInt::INT_2, ExtInt::FALLING, &int2_handler);
	ExtInt int3_obj(ExtInt::INT_3, ExtInt::FALLING, &int3_handler);
	ExtInt int4_obj(ExtInt::INT_4, ExtInt::FALLING, &int4_handler);
	ExtInt int5_obj(ExtInt::INT_5, ExtInt::FALLING, &int5_handler);
	ExtInt int6_obj(ExtInt::INT_6, ExtInt::FALLING, &int6_handler);
	ExtInt int7_obj(ExtInt::INT_7, ExtInt::FALLING, &int7_handler);
	
	int0_obj.enable();
	int1_obj.enable();
	int2_obj.enable();
	int3_obj.enable();
	int4_obj.enable();
	int5_obj.enable();
	int6_obj.enable();
	int7_obj.enable();

	sei();
	while(1){                                   /* forever */
		if (uart.has_data()){
			uart.put(uart.get());                 /* echo the received character */
			uart.put((EICRA));
		}
	}

	return 0;
}

(08/10/2018) – Trabalhando Classe Serial e Interrupção externa

(10/10/2018) – Trabalhando Classe Serial e Interrupção externa (cont.)

(15/10/2018) – Trabalhando Classe Serial e Interrupção externa (cont.)

(17/10/2018) – Alunos encaminhados MCC

(22/10/2018) – Timer e Timeouts

Leitura capítulo 16 ("8-bit Timer/Counter0 with PWM").
Adaptar e testar a classe timer fornecida para o Atmega2560:
- Classe Timer

Implementar a classe Timeout e e inserir os métodos "TimeoutManager" e "addTimeout" na classe Timer:

(24/10/2018) – Timer e Timeouts (cont.)

(29/10/2018) – Atividade A3

Definição A3

Serial:
- Adicionar uma implementação de FIFO
- Adicionar a configuração double speed no construtor
- Adicionar o puts (envio de strings)

Interrupção externa:
- Criar uma classe para tratar eventos não "prioritários" usando a PCINT
- Gerenciador de interrupções para adicionar no programa principal

Timeout:
- Implementar o suporte a pelo menos um Timer de 16 bits
- Permitir a escolha do Timer no construtor

Entrega:
- Implementar programas que testem as classes amplamente baseados nos requisitos
- Modelar a classe em UML
- Entregar todas as versões trabalhadas em sala de aula com programas testes
- Discutir a abordagem da extensão das classes
- Apresentar e defender individualmente as implementações

Data da Entrega: 12/11

Ponto de Checagem

Análise do andamento das atividades realizadas em sala de aula desde o dia 26/08.

Vinicius
- Seriais: OK
- ExtInt: NÃO
- timeout: OK

Nelson
- Seriais: OK
- ExtInt: OK
- timeout: NÃO

Gustavo
- Seriais: OK
- ExtInt: OK
- timeout: NÃO

Letícia:
- Seriais: OK
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

Bruno:
- Seriais: OK
- ExtInt: OK
- timeout: NÃO

Luisa:
- Seriais: OK
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

Mario Allan:
- Seriais: OK
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

Mario Andre:
- Seriais: OK
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

Schaiana:
- Seriais: Só bloqueante
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

Layssa:
- Seriais: NÃO
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

Lucas:
- Seriais: NÃO
- ExtInt: NÃO
- timeout: NÃO

(31/10/2018) – Atividade A3 (cont.)

(05/11/2018) – Aula Cancelada (Problemas Saúde)

(07/11/2018) – Atividade A3 (cont.)

(12/11/2018) – Atividade A3 (cont.)

https://sites.google.com/site/qeewiki/books/avr-guide/external-interrupts-on-the-atmega328

(14/11/2018) – Atividade A3 (cont.)

(19/11/2018) – Apresentação A3

(21/11/2018) – Apresentação A3

(26/11/2018) – Projeto Final

Simular uma FXO para testar projetos de centrais telefônicas (FXS)
- Permitir o envio de uma sequência programável (via serial) de tons DTMF
- Três botões: 1) Start, 2) Program e 3) Cancel (Teste ou Programação)
- Ter uma sequência predefinida para teste sem programação, por exemplo, “tira do gancho”, 0, 1, 2, 3, 4, ..., *, #, “volta gancho”
- Mensagens durante o teste e programação devem ser enviadas via serial
- O sistema tem que se conectar de fato a uma FXS (provida pelo professor) e funcionar

Três abordagens possíveis:
- Implementar a geração do DTMF no AVR (Precisa fazer o circuito de conexão, por exemplo)
- Usar um CI MT8880C para gerar o DTMF (Precisa fazer o circuito de conexão, por exemplo)
- Hackear um telefone. Por exemplo, Telefone Premium da Intelbras: Apostila Telefonia - Capítulo 4 e CI HM91710

Cronograma:
- 05/12/2018: Entrega dos diagramas preliminares
- 12/12/2018: Última aula de dúvidas
- 14/12/2018: Prazo final para apresentação/teste do projeto (agendar com o professor) e entrega dos códigos e diagramas finais (pelo SIGAA)
- 17/12/2018: Recuperação

Nota final:
- 60% Média das Atividades (A1, A2 e A3)
- 40% Nota do projeto final

(28/11/2018) – Projeto Final

Não haverá Aula. Convocação "Critical Design Review" do FloripaSat.

(03/12/2018) – Projeto Final

(05/12/2018) – Projeto Final

Apresentar:
- Diagrama de Classes
- Diagrama de sequência ou máquina de estado do sistema ou fluxograma
- Diagrama de blocos da solução do hardware

@@ Linha 562: / Linha 562: @@
 = (12/12/2018) – Apresentação Projeto Final =
-= (17/12/2018) – Apresentação Projeto Final =
+= Aula 15/05/2019: Não houve aula – Paralisação Nacional =
+= Aula 17/05/2019: Apoio A3 (cont.) =

Mudanças entre as edições de "STE29008-2018-2"

Edição das 17h17min de 17 de maio de 2019