Microelettronica - ssalvatori · 2020. 3. 8. · S. Salvatori - Microelettronica – (49) Corso:...

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S. Salvatori - Microelettronica – (1) Microelettronica Corso introduttivo di progettazione di sistemi embedded a microcontrollore prof. Stefano Salvatori Università degli Studi Roma Tre
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  • S. Salvatori - Microelettronica – (1)

    MicroelettronicaCorso introduttivo di progettazione

    di sistemi embedded a microcontrollore

    prof. Stefano Salvatori

    Università degli Studi Roma Tre

  • S. Salvatori - Microelettronica – (2)

    Dove siamo?

    Elettronica II

    Elettronica I

    Elettronica dei sistemi digitali

    Microelettronica

    Siamo qui

  • S. Salvatori - Microelettronica – (3)

    Quale occupazione per

    l'ingegnere elettronico:

    un esempio

  • S. Salvatori - Microelettronica – (4)

    Il caso di ST

  • S. Salvatori - Microelettronica – (5)

    Il caso di ST

  • S. Salvatori - Microelettronica – (6)

    Il caso di ST

  • S. Salvatori - Microelettronica – (7)

    Il caso di ST

  • S. Salvatori - Microelettronica – (8)

    Il caso di ST

    ARM Cortex M0+

  • S. Salvatori - Microelettronica – (9)

    Sistemi

    embedded

  • S. Salvatori - Microelettronica – (10)

    Identificazione dell'hardware

    microcontrollori

    DigitalSignalProcessors

    FPGA

    SingleBoardComputer

  • S. Salvatori - Microelettronica – (11)

    Qual è l'obiettivo di questo corso?

    e si pone come obiettivo quello di mettere in condizione i singoli studenti di poter iniziare a progettare applicazioni intelligenti su misura basate su microcontrollore.

    → trasferimento di tecnologie → acquisizione di conoscenze e competenze nella

    progettazione di sistemi embedded a microcontrollore.

    Questo Corso cercherà di rispondere alla domanda:

    “cos'è un microcontrollore?”

  • S. Salvatori - Microelettronica – (12)

    Conosco i microcontrollori?

    Un microcontrollore è un “computer in miniatura” che potete trovare in ogni genere di oggetti.

    Quanti microcontrollori usiamo ogni giorno?

    Un dispositivo equipaggiato di tasti, led, display o altoparlante, è probabile che abbia anche un microcontrollore.

  • S. Salvatori - Microelettronica – (13)

    Conosco i microcontrollori?

    Ogni giorno usiamo decine di uC!

    Si parla spesso di sistemi di elaborazione

  • S. Salvatori - Microelettronica – (14)

    Sistemi di elaborazione

    ● I sistemi di elaborazione si trovano ovunque● Molti di noi pensano subito a computer di tipo desktop

    – PC– Laptop– Mainframe– Server– ...

    ● Ci sono però altri tipi di sistemi di elaborazione– Molti di uso comune ...

  • S. Salvatori - Microelettronica – (15)

    Sistemi di elaborazione

    – Automotive– Elettronica di consumo– Medicina– Ricerca scientifica– …

    ● Miliardi di prodotti ogni anno● Circa 50 in ogni abitazione e in un'automobile

  • S. Salvatori - Microelettronica – (16)

    Sistemi di elaborazione

    ● Una breve lista

    ABSAuto-focusAvionicaCarica-batteriaCondizionatoriConsole per videogiochiControllo missileControllori di temperaturaDecoder MPEGForno a microondeFotocopiatriciGiocattoli elettroniciLettori CD/DVDLettore impronta digitale

    LavastoviglieMacch. a controllo numericoModemRiconoscitori vocaliRouterScannerSistemi audioSistemi di guidaSistemi di sicurezzaSistemi di supporto vitaSistemi medicaliStampantiStazioni base per telefonia cellulareStrumenti elettronici

    TelecamereTelefoni cellulariTelefoni cordelessTrasmissioneTelevisioneVideo game portatiliVideocitofoniVideosorveglianzaVideotelefoni ...

  • S. Salvatori - Microelettronica – (17)

    Cos'è un sistema embedded?

    ● Si definiscono "embedded" tutte le applicazioni che usano un microcontrollore quale processore principale e qualunque applicazione basata su microprocessore che non sia già coperta da altre aree. Ad esempio, nella categoria rientrano elettrodomestici, sistemi di condizionamento, piattaforme di misurazione intelligenti, controllori per touch-screen, controllori per sensori e motori dove i processori sono il cuore della soluzione...

    da ARM®

  • S. Salvatori - Microelettronica – (18)

    Cos'è un sistema embedded?

    Noi parleremo di “Sistemi Embedded a Microcomputer”.

    Sistema: insieme di componenti tra loro interagenti per svolgere un prefissato lavoro in modo coordinato;

    Embedded: letteralmente, “incastonato”, cioè nascosto;Micro: piccolo;Computer: che contiene, cioè, un processore, una memoria e i mezzi per lo scambio delle informazioni da e verso l'esterno.

    Un po' più “accademica”

  • S. Salvatori - Microelettronica – (19)

    Cos'è un sistema embedded?

    Sinonimo di sistemi embedded è

    Cyber-Physical Systemconiato nel 2006 (*).

    Infatti i sistemi embedded coniugano la potenza di calcolo di un computer (“l'intelligenza”) con oggetti fisici (sensori e attuatori).

    (*) Helen Gill, National Science Foundation, USA

  • S. Salvatori - Microelettronica – (20)

    Cos'è un sistema embedded?

    I sistemi embedded dovono in qualche modo interagire col mondo esterno.

    In particolare l'interazione è verso l'uomo e si parla di:

    ● HCI: human-computer-interfaceoppure

    ● MMI: man-machine interface

    input

    output

  • S. Salvatori - Microelettronica – (21)

    Noi tratteremo solo sistemi embedded a microcontrolloreSarà necessario approfondire alcuni argomenti.

    ● Cos'è una CPU?● Qual è l'architettura di un sistema a microprocessore?● Come viene gestito

    l'interfacciamento?● Come può essere sviluppato il

    software di gestione?● ...

    CPU

    ROM

    RAM

    I/O

    ADC

    DAC

    comp.meccanici

    sensori

    attuatori

    Sistemi embedded a microcontrollore

  • S. Salvatori - Microelettronica – (22)

    Sistemi embedded a microcontrollore

    Hardware

    PC-desktop

    embedded

    Sistema Software

    firmwa

    re

  • S. Salvatori - Microelettronica – (23)

    Sistemi embedded a microcontrollore

    firmwa

    re

  • S. Salvatori - Microelettronica – (24)

    Il lavoro svolto da un sistema embedded a microcontrollore è nettamente diverso da quello eseguito da un PC

    Reset Reset handler

    Inizializzazione del sistema

    Codice di startup (in C)

    Inizializzaz.dell'hardware Elaborazione

    Librerie inruntime

    Routine diservizio delleinterruzioni

    Sistemi embedded a microcontrollore

  • S. Salvatori - Microelettronica – (25)

    Caratteristiche tipiche

    ● Singola funzionalità– Esegue un unico programma, ripetutamente

    ● Vincoli molto stringenti– Basso costo, basso consumo, leggero, veloce, …

    ● Real-time– Generalmente deve reagire a stimoli dell'ambiente esterno– Deve elaborare i risultati in tempo reale senza ritardi (eccessivi)

  • S. Salvatori - Microelettronica – (26)

    Un esempio: videocamera

    Processore CCD Processore pixel

    Codec JPEG

    D/AA/D

    Molt/acc

    DMA controller

    Memory controller Interfaccia ISA UART Contr. LCD

    Contr. display

    CCD

    Dig

    italC

    amer

    a C

    hip

    Microcontrollore

  • S. Salvatori - Microelettronica – (27)

    Sviluppo

    allestimento dell'hardware

    scrittura firmware

    collaudo

    IDEA!

    Importanza della documentazione

  • S. Salvatori - Microelettronica – (28)

    Il lavoro

    in aula

  • S. Salvatori - Microelettronica – (29)

    esercitazioni

    dal livello “zero” ...

    ...a ...

  • S. Salvatori - Microelettronica – (30)

    Sezione Hardware

  • S. Salvatori - Microelettronica – (31)

    Sezione Hardware

    scheda LPC845-BRK

    Mouser: http://www.mouser.it (cod. 771-LPC845-BRK);

    Farnell: http://it.farnell.com (cod. 2985275);

    Digikey: http://www.digikey.it (cod. 568-15261-ND).

    http://www.mouser.it/http://it.farnell.com/http://www.digikey.it/

  • S. Salvatori - Microelettronica – (32)

    Sezione Hardware

    scheda LPC845-BRK

  • S. Salvatori - Microelettronica – (33)

    Sezione Hardware

    scheda LPC845-BRK

  • S. Salvatori - Microelettronica – (34)

    Sezione Hardwarescheda LPC845-BRK

  • S. Salvatori - Microelettronica – (35)

    Sezione Hardware

    Documentazione

  • S. Salvatori - Microelettronica – (36)

    Sezione Hardware

    scheda LPC845-BRKMouser: http://www.mouser.it (cod. 771-LPC845-BRK)

    http://www.mouser.it/

  • S. Salvatori - Microelettronica – (37)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: chi ha già un po' di materiale

    - una breadboard;

    - ponticelli per breadboard;

    - cavetti di collegamento;

    - resistori di valore diverso(da centinaia a decine di migliaia di Ω);

    - trimmer o potenziometri (da 10k e da 100k Ω);

    - LED di vari colori;

    - pulsanti;

    - un LCD alfanumerico (16 caratteri su due righe).

    es. Fan kit (Amazon)

  • S. Salvatori - Microelettronica – (38)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: minimo necessario

    - una breadboard;- ponticelli/cavetti per breadboard;- un LCD alfanumerico (16 caratteri su due righe);- alimentazione per LCD.

  • S. Salvatori - Microelettronica – (39)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: minimo necessario

    Es. AMAZON:

    - AZDelivery Kit Breadboard MB 102 (7,99 €);

    - Display LCD retroilluminato generico 1602, 16 x 2 blu (5.50 €)

    - KEESIN 10 (7,49 € / 10);

    - Pin Header Connector (9,99 € / 200) ~14 €

  • S. Salvatori - Microelettronica – (40)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: minimo necessario

    Es. AMAZON:

    - AZDelivery Kit Breadboard MB 102 (7,99 €);- Display LCD retroilluminato generico 1602, 16 x 2 blu (5.50 €)

    - KEESIN 10 (7,49 € / 10);

    - Pin Header Connector (9,99 € / 200) ~14 €

  • S. Salvatori - Microelettronica – (41)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: minimo necessario

    Es. AMAZON:

    - AZDelivery Kit Breadboard MB 102 (7,99 €);

    - Display LCD retroilluminato generico 1602, 16 x 2 blu (5.50 €)- KEESIN 10 (7,49 € / 10);

    - Pin Header Connector (9,99 € / 200) ~14 €

  • S. Salvatori - Microelettronica – (42)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: minimo necessario

    Es. AMAZON:

    - AZDelivery Kit Breadboard MB 102 (7,99 €);

    - Display LCD retroilluminato generico 1602, 16 x 2 blu (5.50 €)

    - KEESIN 10 (7,49 € / 10);- Pin Header Connector (9,99 € / 200) ~14 €

  • S. Salvatori - Microelettronica – (43)

    Sezione Hardware

    componenti aggiuntivi: minimo necessario

    Es. AMAZON:

    - AZDelivery Kit Breadboard MB 102 (7,99 €);

    - Display LCD retroilluminato generico 1602, 16 x 2 blu (5.50 €)

    - KEESIN 10 (7,49 € / 10);

    - Pin Header Connector (9,99 € / 200) ~14 €

  • S. Salvatori - Microelettronica – (44)

    Sezione software

    MCUXpresso IDE

  • S. Salvatori - Microelettronica – (45)

    Sezione software

    MCUXpresso IDE

  • S. Salvatori - Microelettronica – (46)

    Sezione software

    Documentazione

  • S. Salvatori - Microelettronica – (47)

    Sezione software

    MCUXpresso IDE

  • S. Salvatori - Microelettronica – (48)

    Note sul corso

  • S. Salvatori - Microelettronica – (49)

    Corso: architettura ARM (provvisorio)● Generalità e cenni storici del

    processore ARM• Generalità sui

    microprocessori: MU0• Architettura RISC

    ● Organizzazione dei registri interni• Stato ARM e stato Thumb• Registri generali e di stato in

    modalità ARM e Thumb● Set di struzioni

    • Panoramica delle istruzioni ARM

    • Istruzioni per la gestione di stack

    • Istruzioni e salti condizionali

    Concetto di pipeline• pipeline a 3 stadi in

    ARM7TDMI-S• Rischi delle pipeline

    Eccezioni• Origine delle eccezioni e modalità di gestione delle

    eccezioni• Vettori di interrupt e priorità

    Memorie• Organizzazione delle memorie:

    little e big-endian• Il modello di indirizzamento

    standard di memoria in ARM• Comportamento dello stack

    Architetture di bus• AMBA, ASB, AHB, APB

    Sistemi di debug• Interfaccia JTAG

    Organizzazione ARM7TDMI

  • S. Salvatori - Microelettronica – (50)

    Corso: esercitazioni con MCUXpresso

    ● Compilazione, upload, debug di un progetto

    ● uso di GPIO ● gestione timer● gestione LCD● gestione delle interruzioni● acquisizione da ADC● Macchine a stati di tipo sw● ...

    Ogni gruppo deve avere a disposizione una propria postazione hw/sw con cui poter lavorare anche a casa (non è obbligatorio che ogni studente abbia la dotazione hw)

  • S. Salvatori - Microelettronica – (51)

    Modalità d'esame: studente singolo

    1. Sviluppo di un progetto con MCUXpresso:

    a. stesura della documentazioneb. allestimento del prototipoc. uso degli strumenti di sviluppod. progettazione del softwaree. debugging e collaudo

    1. Colloquio:processore ARM

  • S. Salvatori - Microelettronica – (52)

    Esempio d'esame: testo

  • S. Salvatori - Microelettronica – (53)

    Esempio d'esame: testo

  • S. Salvatori - Microelettronica – (54)

    Esempio d'esame: testo

  • S. Salvatori - Microelettronica – (55)

    Esempio d'esame: sulla soluzione

  • S. Salvatori - Microelettronica – (56)

    Esempio d'esame: sulla soluzione

  • S. Salvatori - Microelettronica – (57)

    Per Casa

  • S. Salvatori - Microelettronica – (58)

    Per casa

    Scaricare MCUXpresso IDE dal sito NXP

  • S. Salvatori - Microelettronica – (59)

    Per casa

    Scaricare la documentazione, sia per il sw che per l'hw, sul sito NXP

    Documentazione

    + documento con schema elettrico breakout board

  • S. Salvatori - Microelettronica – (60)

    Per casa

  • S. Salvatori - Microelettronica – (61)

    Per casa: download

  • S. Salvatori - Microelettronica – (62)

    Per casa

    “Muoversi” per acquistare il materiale per le esercitazioni

  • S. Salvatori - Microelettronica – (63)

    Domande?

    Stefano Salvatori

    [email protected]

    www.ssalvatori.altervista.org☞

    “Se ascolto, dimentico. Se vedo, ricordo. Se faccio, capisco!”

    Confucio

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