elt024-13-ArquiteturaDeSistemasEmbarcados

(1)

Arquiteturas de sistemas embarcados

Prof.MSc.Rodrigo Maximiano Antunes de Almeida

Universidade Federal de Itajub´a

(2)

Interrup¸c˜

ao e Watchdog

Revis˜

ao

(3)

Interrup¸c˜

ao

Programa

Principal

Interrupção

Rotina de

Programa

Principal

Latência da Interrupção Acontece a

Interrupção da ISRInício Continua o fluxodo programa

Tempo

Latência da Interrupção Fim da

(4)

Interrup¸c˜

ao

Quando uma interrup¸c˜

ao ´

e gerada, o programa ´

e paralizado e uma

fun¸c˜

ao de interrup¸c˜

ao ´

e executada

Conversor AD: quando o resultado da convers˜

ao estiver dispon´ıvel para

leitura.

Porta B: quando algum dos bits configurados como entrada altera seu

valor.

Timer 0: quando acontece overflow em seu contador

(5)

Interrup¸c˜

ao

Aten¸

c˜

ao

A fun¸c˜

ao que ir´

a tratar da interrup¸

c˜

ao n˜

ao retorna nem recebe nenhum

valor

(6)

Interrup¸c˜

ao

1 v o i d I n t e r r u p c a o (v o i d) i n t e r r u p t 1 {

2 i f ( BitTst ( PIR1 , 0 ) ) { /* c o d i g o */ } // o v e r f l o w do TIMER1 3 i f ( BitTst ( PIR1 , 1 ) ) { /* c o d i g o */ } // c o m p a r a ¸cã o TIMER2 = PR2 4 i f ( BitTst ( PIR1 , 2 ) ) { /* c o d i g o */ } // c o m p a r a ¸cã o do CCP1 5 i f ( BitTst ( PIR1 , 3 ) ) { /* c o d i g o */ } // f i m e n v i o p o r t . p a r a l e l a 6 i f ( BitTst ( PIR1 , 4 ) ) { /* c o d i g o */ } // f i m t r a n s m i s s ã o da S e r i a l 7 i f ( BitTst ( PIR1 , 5 ) ) { /* c o d i g o */ } // r e c e p ¸c ã o da S e r i a l 8 i f ( BitTst ( PIR1 , 6 ) ) { /* c o d i g o */ } // f i m de c o n v e r s ã o do AD 9 i f ( BitTst ( PIR1 , 7 ) ) { /* c o d i g o */ } // l e i t u r a / e s c r i t a p a r a l e l a 10 i f ( BitTst ( PIR2 , 0 ) ) { /* c o d i g o */ } // c o m p a r a ¸cã o do CCP2 11 i f ( BitTst ( PIR2 , 1 ) ) { /* c o d i g o */ } // o v e r f l o w do TIMER3 12 i f ( BitTst ( PIR2 , 2 ) ) { /* c o d i g o */ } // p r o b l e m a na t e n s a o (V) 13 i f ( BitTst ( PIR2 , 3 ) ) { /* c o d i g o */ } // c o l i s ã o no b a r r a m e n t o 14 i f ( BitTst ( PIR2 , 4 ) ) { /* c o d i g o */ } // f i m e s c r i t a na f l a s h 15 i f ( BitTst ( PIR2 , 5 ) ) { /* c o d i g o */ } // i n t e r r u p ¸c ã o da USB 16 i f ( BitTst ( PIR2 , 6 ) ) { /* c o d i g o */ } // mudan¸ca na c o m p a r a ¸cã o 17 i f ( BitTst ( PIR2 , 7 ) ) { /* c o d i g o */ } // f a l h a no o s c i l a d o r 18 i f ( BitTst ( INTCON , 0 ) ) { /* c o d i g o */ } // mudan¸ca na PORTA B 19 i f ( BitTst ( INTCON , 1 ) ) { /* c o d i g o */ } // i n t e r r u p ¸c ã o e x t e r n a INT0 20 i f ( BitTst ( INTCON , 2 ) ) { /* c o d i g o */ } // o v e r f l o w no TIMER0 21 i f ( BitTst ( INTCON3 , 0 ) ) { /* c o d i g o */ } // i n t e r r u p ¸c ã o e x t e r n a INT1 22 i f ( BitTst ( INTCON3 , 1 ) ) { /* c o d i g o */ } // i n t e r r u p ¸c ã o e x t e r n a INT2 23 }

(7)

Interrup¸c˜

ao

1 BitClr ( RCON , 7 ) ; // d e s a b i l i t a IPEN ( modo de c o m p a t i b i l i d a d e ) 2 BitSet ( PIE1 , 6 ) ; // l i g a a i n t e r r u p ¸c ã o p a r a o AD 3 BitSet ( PIE1 , 5 ) ; // l i g a a i n t e r r u p ¸c ã o p a r a a r e c e p ¸c ã o na s e r i a l 4 BitSet ( INTCON , 5 ) ; // l i g a a i n t e r r u p ¸c ã o p a r a o t i m e r 0 5 BitSet ( INTCON , 3 ) ; // l i g a a i n t e r r u p ¸c ã o p a r a a p o r t a B 6 BitSet ( INTCON , 7 ) ; // h a b i l i t a t o d a s a s i n t e r r u p ¸c õ e s g l o b a i s 7 BitSet ( INTCON , 6 ) ; // h a b i l i t a t o d a s a s i n t e r r u p ¸c õ e s de p e r i f é r i c o s

(8)

Interrup¸c˜

ao

O watchdog visa aumentar a seguran¸ca do projeto.

Funciona como um temporizador

Precisa ter seu contador constantemente reiniciado.

Caso n˜

ao seja reiniciado no tempo exigido, o watchdog reinicia o

microcontrolador

(9)

Interrup¸c˜

ao

1 // Watchdog c o n t r o l a d o p o r s o f t w a r e 2 code c h a r at 0 x 3 0 0 0 0 3 C O N F I G 2 H = 0 x00 ; 3 4 5 #define CLRWTD ( ) _ a s m C L R W D T _ e n d a s m 6 7 v o i d m a i n (v o i d) 8 { 9 u n s i g n e d i n t i ; 10 u n s i g n e d c h a r t e m p ; 11 T R I S D=0x00 ; 12 P O R T D=0x00 ; 13 B i t S e t ( WDTCON , 0 ) ; // l i g a o s i s t e m a de w a t c h d o g 14 f o r( ; ; ) 15 { 16 P O R T D++; 17 f o r( i = 0 ; i < 1 0 0 0 0 ; i++) 18 { 19 C L R W T D ( ) ; 20 } 21 } 22 }

(10)

Arquiteturas de sistemas embarcados

(11)

Arquiteturas de sistemas embarcados

´

E sempre interessante definir uma arquitetura para o software

Dependendo dos requisitos do sistema pode-se usar desde uma

programa¸c˜

ao voltada apenas para a aplica¸

c˜

ao at´

e um sistema

operacional

Dentre as t´

ecnicas mais simples ser˜

ao apresentadas trˆ

es alternativas

One single loop

Interrupt control system

Cooperative multitasking

(12)

One single loop

´

E a estrat´

egia utilizada at´

e agora na disciplina

Consiste em um loop infinito dentro do qual todas as tarefas s˜

ao

executadas

Apenas as rotinas de inicializa¸

c˜

ao acontecem antes dele

Programa¸

c˜

ao ´

e mais simples

Dificuldade de garantir requisi¸

c˜

oes temporais

Escalabilidade, reuso e manuten¸

c˜

ao prejudicados

(13)

One single loop

1 v o i d m a i n (v o i d) 2 { 3 // d e c l a r a ¸c ã o d a s v a r i á v e i s 4 i n t ia , ib , ic ; 5 f l o a t fa , fb , fc ; 6 // i n i c i a l i z a ¸c ã o d o s p e r i f é r i c o s 7 I n i c i a l i z a T e c l a d o ( ) ; 8 I n i c i a l i z a L C D ( ) ; 9 // ú n i c o l o o p i n f i n i t o 10 f o r( ; ; ) 11 { 12 // chamada d a s t a r e f a s 13 ia = L e r T e c l a s ( ) ; 14 M u d a D i g i t o ( ia , 0 ) ;

15 // tem que s e r e x e c u t a d o p e l o menos a c a d a 1 0 ( ms ) 16 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ;

17 D e b o u n c e T e c l a s ( ) ; 18 }

(14)

One single loop

1 v o i d m a i n (v o i d) 2 { 3 // d e c l a r a ¸c ã o d a s v a r i á v e i s 4 i n t ia , ib , ic ; 5 f l o a t fa , fb , fc ; 6 // i n i c i a l i z a ¸c ã o d o s p e r i f é r i c o s 7 I n i c i a l i z a T e c l a d o ( ) ; 8 I n i c i a l i z a L C D ( ) ; 9 // ú n i c o l o o p i n f i n i t o 10 f o r( ; ; ) 11 { 12 // chamada d a s t a r e f a s 13 ia = L e r T e c l a s ( ) ; 14 E n v i a D a d o s ( ia ) ; 15 M u d a D i g i t o ( ia , 0 ) ;

16 // tem que s e r e x e c u t a d o p e l o menos a c a d a 1 0 ( ms ) 17 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; 18 D e b o u n c e T e c l a s ( ) ; 19 ic = R e c e b e S e r i a l ( ) ; 20 // n˜ao cumpre r e q u i s i ¸c ˜a o t e m p o r a l p o r c a u s a da 21 22 fa = 2 . 0 * ic / 3 . 1 4 ; 23 E n v i a S e r i a l ( fa & 0 x 0 0 F F ) ; 24 E n v i a S e r i a l ( fa >> 8 ) ; 25 } 26 }

(15)

Interrupt control system

Visa resolver o problema das restri¸

c˜

oes temporais

Apenas alguns sub-sistemas podem ser operados via interrup¸

c˜

ao

Os demais sistemas operam no loop principal

Facilita a expans˜

ao do sistema, j´

a que as interrup¸

c˜

oes n˜

ao dependem

do loop principal

´

Otima alternativa para sistemas que tem como requisito o baixo

consumo de energia

(16)

Interrupt control system

1 // r o t i n a de tempo v i a i n t e r r u p ¸c ˜a o 2 v o i d I n t e r r u p c a o (v o i d) i n t e r r u p t 1 {

3 i f ( BitTst ( INTCON , 2 ) ) { //TIMER0 : O v e r f l o w 4 B i t C l r ( INTCON , 2 ) ; // l i m p a a f l a g 5 R e s e t a T i m e r ( 5 0 0 0 ) ; // 5ms

6 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; // tem que s e r e x e c u t a d o p e l o menos a ←-c a d a 8 . 3 ( ms ) 7 } 8 } 9 v o i d m a i n (v o i d) { 10 i n t ia ; 11 I n i c i a l i z a T e c l a d o ( ) ; 12 I n i c i a l i z a D i s p l a y ( ) ; 13 I n i c i a l i z a T i m e r ( ) ; 14 // i n i c i a l i z a ¸c ˜a o da i n t e r r u p ¸c ˜a o

15 B i t C l r ( RCON , 7 ) ; // d e s a b i l i t a IPEN ( modo de c o m p a t i b i l i d a d e ) 16 B i t S e t ( INTCON , 5 ) ; // l i g a a i n t e r r u p ¸c ã o p a r a o t i m e r 0 17 B i t S e t ( INTCON , 7 ) ; // h a b i l i t a t o d a s a s i n t e r r u p ¸c õ e s g l o b a i s 18 B i t S e t ( INTCON , 6 ) ; // h a b i l i t a t o d a s a s i n t e r r u p ¸c õ e s de ←-p e r i f é r i c o s 19 f o r( ; ; ) { 20 ia = L e r T e c l a s ( ) ; 21 M u d a D i g i t o ( ia , 0 ) ; 22 } 23 }

(17)

Interrupt control system

Aten¸

c˜

ao

(18)

Interrupt control system

Aten¸

c˜

ao

Usar as interrup¸

c˜

oes apenas para rotinas simples e R´

APIDAS.

(19)

Interrupt control system

Aten¸

c˜

ao

Usar as interrup¸

c˜

oes apenas para rotinas simples, r´

apidas e

(20)

Interrupt control system

Pode ser utilizado como controle do loop principal

Auxilia em quesitos de temporiza¸

c˜

ao

Permite cria¸

c˜

ao de ”timers”artificiais

(21)

Interrupt control system

1 // v a r i ´a v e i s g l o b a l de c o n t r o l e 2 s t a t i c u n s i g n e d i n t t i c k ; 3 s t a t i c u n s i g n e d c h a r l o o p C o n t r o l ; 4 5 // r o t i n a de tempo v i a i n t e r r u p ¸c ˜a o 6 v o i d I n t e r r u p c a o (v o i d) i n t e r r u p t 1 {

10 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; // tem que s e r e x e c u t a d o p e l o menos a ←-c a d a 8 . 3 ( ms )

11 t i c k++;

12 l o o p C o n t r o l = 1 ; 13 }

(22)

Interrupt control system

1 v o i d m a i n (v o i d) { 2 i n t ia ; 3 I n i c i a l i z a T e c l a d o ( ) ; 4 I n i c i a l i z a D i s p l a y ( ) ; 5 I n i c i a l i z a T i m e r ( ) ; 6 // i n i c i a l i z a ¸c ˜a o da i n t e r r u p ¸c ˜a o

7 B i t C l r ( RCON , 7 ) ; // d e s a b i l i t a IPEN ( modo de c o m p a t i b i l i d a d e ) 8 B i t S e t ( INTCON , 5 ) ; // l i g a a i n t e r r u p ¸c ã o p a r a o t i m e r 0 9 B i t S e t ( INTCON , 7 ) ; // h a b i l i t a t o d a s a s i n t e r r u p ¸c õ e s g l o b a i s 10 B i t S e t ( INTCON , 6 ) ; // h a b i l i t a t o d a s a s i n t e r r u p ¸c õ e s de ←-p e r i f é r i c o s 11 f o r( ; ; ) { 12 l o o p C o n t r o l = 0 ; 13 i f( ( tick % 2 ) == 0 ) { 14 ia = L e r T e c l a s ( ) ; 15 M u d a D i g i t o ( ia , 0 ) ; 16 } 17 i f( ( tick % 3 ) == 0 ) { 18 D e b o u n c e T e c l a s ( ) ; 19 } 20 w h i l e( l o o p C o n t r o l == 0 ) ; // t i m e d l o o p 21 }

(23)

Programando multitasking de modo eficiente

Multitasking

Multitasking ´

e a capacidade de se executar mais de uma tarefa

simultaneamente.

A maioria dos sistemas embarcados (por serem de baixo custo) n˜

ao

possuem esta caracter´ıstica

A alternativa ´

e discretizar o tempo e permitir que as tarefas sejam

executadas em janelas de tempo, de modo sequencial.

Se a alternˆ

ancia entre as tarefas for r´

apida o suficiente, o sistema

apresentar´

a o comportamento de multitasking

Uma das maneiras de projetar este tipo de c´

odigo ´

e atrav´

es de

m´

aquinas de estado

(24)

Programando multitasking de modo eficiente

Exemplo de m´

aquina de estados

Inicio

Ler

Teclado

Atualiza

Display

Escreve

Serial

Atualiza

Display

Ler Serial

Atualiza

Display

(25)

Programando multitasking de modo eficiente

Cada ciclo representa um estado do sistema, a tarefa atualmente em

execu¸c˜

ao

Apos a fase de inicializa¸c˜

ao, o sistema entra num ciclo

A transposi¸c˜

ao da m´

aquina de estados para linguagem C pode ser

feita de modo simples atrav´

es da estrutura Switch-Case

(26)

1 v o i d m a i n (v o i d) { 2 c h a r s l o t ; 3 // I n i c i a l i z a . . . 4 f o r( ; ; ) { // i n i c i o do l o o p i n f i n i t o 5 //******************** top−s l o t ********************** 6 //*********** i n´ıc i o da m´aquina de e s t a d o ************ 7 s w i t c h( slot ) { 8 c a s e 0 : 9 L e T e c l a d o ( ) ; s l o t = 1 ; b r e a k; 10 c a s e 1 : 11 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; s l o t = 2 ; b r e a k; 12 c a s e 2 : 13 R e c e b e S e r i a l ( ) ; s l o t = 3 ; b r e a k; 14 c a s e 3 : 15 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; s l o t = 4 ; b r e a k; 16 c a s e 4 : 17 E n v i a S e r i a l ( ) ; s l o t = 5 ; b r e a k; 18 c a s e 5 : 19 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; s l o t = 0 ; b r e a k; 20 d e f a u l t: 21 s l o t = 0 ; b r e a k; 22 } 23 //************ fim da m´aquina de e s t a d o ************** 24 //****************** bottom−s l o t ********************* 25 } // f i m l o o p i n f i n i t o ( ! ? )

(27)

Programando multitasking de modo eficiente

Deve-se notar que foram criadas trˆ

es ´

areas dentro de cada ciclo

A m´

aquina de estado

O top-slot

O bottom-slot

O aumento de tarefas se torna mais simples, basta adicionar outro

slot com a fun¸

c˜

ao desejada

O bottom e top slots podem ser usados para tarefas que deveriam ser

realizadas em todos os ciclos como a AtualizaDisplay() por exemplo

(28)

1 v o i d m a i n (v o i d) i n t e r r u p t 0{ 2 c h a r s l o t ; 3 // I n i c i a l i z a . . . 4 f o r( ; ; ) { // i n i c i o do l o o p i n f i n i t o 5 //******************** top−s l o t ********************** 6 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; 7 //*********** i n´ıc i o da m´aquina de e s t a d o ************ 8 s w i t c h( slot ) { 9 c a s e 0 : 10 L e T e c l a d o ( ) ; s l o t = 1 ; b r e a k; 11 c a s e 1 : 12 R e c e b e S e r i a l ( ) ; s l o t = 2 ; b r e a k; 13 c a s e 2 : 14 E n v i a S e r i a l ( ) ; s l o t = 0 ; b r e a k; 15 d e f a u l t: 16 s l o t = 0 ; b r e a k; 17 } 18 //************ fim da m´aquina de e s t a d o ************** 19 //****************** bottom−s l o t ********************* 20 } // f i m l o o p i n f i n i t o ( ! ? ) 21 }

(29)

Programando multitasking de modo eficiente

Uma boa pr´

atica ´

e temporizar os slots

Deste modo cada ciclo tem o mesmo tempo para executar

Isto gera previsibilidade no funcionamento do sistema

(30)

1 v o i d m a i n (v o i d) { 2 c h a r s l o t ; 3 // I n i c i a l i z a . . . 4 f o r( ; ; ) { // i n i c i o do l o o p i n f i n i t o 5 //******************** top−s l o t ********************** 6 R e s e t a T i m e r ( 5 0 0 0 ) ; // 5 ms p a r a c a d a s l o t 7 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; 8 //*********** i n´ıc i o da m´aquina de e s t a d o ************ 9 s w i t c h( slot ) { 10 c a s e 0 : 11 L e T e c l a d o ( ) ; s l o t = 1 ; b r e a k; 12 c a s e 1 : 13 R e c e b e S e r i a l ( ) ; s l o t = 2 ; b r e a k; 14 c a s e 2 : 15 E n v i a S e r i a l ( ) ; s l o t = 0 ; b r e a k; 16 d e f a u l t: 17 s l o t = 0 ; b r e a k; 18 } 19 //************ fim da m´aquina de e s t a d o ************** 20 //****************** bottom−s l o t ********************* 21 A g u a r d a T i m e r ( ) ; 22 } // f i m l o o p i n f i n i t o ( ! ? ) 23 }

(31)

Interrupt control system

1 // v a r i ´a v e i s g l o b a l de c o n t r o l e 2 s t a t i c u n s i g n e d c h a r l o o p C o n t r o l ; 3 4 // r o t i n a de tempo v i a i n t e r r u p ¸c ˜a o 5 v o i d I n t e r r u p c a o (v o i d) i n t e r r u p t 1 {

9 l o o p C o n t r o l = 1 ; 10 }

(32)

1 v o i d m a i n (v o i d) { 2 c h a r s l o t ; 3 // I n i c i a l i z a . . . 4 f o r( ; ; ) { // i n i c i o do l o o p i n f i n i t o 5 //******************** top−s l o t ********************** 6 l o o p C o n t r o l == 0 ; 7 A t u a l i z a D i s p l a y ( ) ; 8 //*********** i n´ıc i o da m´aquina de e s t a d o ************ 9 s w i t c h( slot ) { 10 c a s e 0 : 11 L e T e c l a d o ( ) ; s l o t = 1 ; b r e a k; 12 c a s e 1 : 13 R e c e b e S e r i a l ( ) ; s l o t = 2 ; b r e a k; 14 c a s e 2 : 15 E n v i a S e r i a l ( ) ; s l o t = 0 ; b r e a k; 16 d e f a u l t: 17 s l o t = 0 ; b r e a k; 18 } 19 //************ fim da m´aquina de e s t a d o ************** 20 //****************** bottom−s l o t ********************* 21 w h i l e( l o o p C o n t r o l == 0 ) ; // t i m e d l o o p 22 } // f i m l o o p i n f i n i t o ( ! ? ) 23 }

(33)

Programando multitasking de modo eficiente

Exemplo da mudan¸

ca de slots no tempo

Top S.1 S.2 S.3 Bottom "vago" 0 5 10 15 20 25 30

(34)

Programando multitasking de modo eficiente

Uso do tempo vago para as interrup¸

c˜

oes

Top

1

S.1

3

3 Bottom

1

1 "vago"

3

3 Top

1

S.1

1

2

3

3 Bottom

1

1 "vago"

2

2 Interr.

1