Apresentação sobre Microcontroladores na Engenharia de Teleinformática

1. Sistemas Microprogramados
Microcontroladores AVR
Engenharia de Teleinformática – UFC
Alexandre Barros – 268037
Lila Maria Borges Silva – 268047
Líus Fontenelle Carneiro – 268040
Raphael Carvalho – 268048
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2. Agenda
■ Histórico e Contextualização
■ Arquitetura Geral
■ Famílias
■ AVR 8 Bits
■ AVR32
■ Características importantes
■ Ferramentas de Desenvolvimento
■ Aplicações
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3. Histórico
■ O microcontrolador foi concebido por dois
estudantes do Instituto Norueguês de Tecnologia
(NTH);
■ O primeiro MCU AVR foi desenvolvido, em 1996,
em uma ASIC House também na Noruega, onde
os dois estudantes eram estagiários;
■ Posteriormente eles fundaram a Atmel e
adquiriram a ASIC House;
■ AVR significava “Alf and Vegard RISC”
originalmente, sendo hoje tratado por “Advanced
Virtual RISC”.
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4. Contextualização
■ O AVR segue o mesmo nicho dos
microcontroladores da família PIC, mas com foco
maior na relação desempenho/consumo.
■ A Atmel possui grande participação no mercado
de embarcados e tecnologias que envolvam
semicondutores em geral. Com o AVR, a linhas
que se destacam são as desenvolvidas para
aplicações de escopo específico, como serão
mostradas a seguir.
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5. Arquitetura Geral
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6. Famílias
■ AVR 8-Bit RISC
 tinyAVR
 megaAVR
 XMEGA
 Aplicações Específicas:
➔ megaAVR com controlador LCD, USB, PWM, CAN, etc
➔ FPSLIC (AVR com FPGA)
■ AVR32
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7. Famílias
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8. Famílias
■ Portabilidade de código
■ Compatibilidade entre pinos e sua utilização em
software
■ Somente um conjunto de ferramentas de
desenvolvimento
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9. tinyAVR
■ Memória de programas: 1-8 KB
■ Encapsulamento: 8-32 pinos
■ Conjunto limitado de periféricos
■ Alguns modelos possuem modificações para
atender requisitos de tempo real
■ AVR ATtiny13A (foto):
 1KB Flash
 64B SRAM
 64B EEPROM
 32B Registros
 4 A/Ds de 10 bits
 20 MIPS a 20 MHz
 Tecnologia picoPower
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10. megaAVR
■ Possuem Debug On-Chip com JTAG
■ Bootloader independente
■ Memória Flash de auto-programação
■ Real Time Clock/Counter
■ Versões exclusivas para o aplicações automotivas, com
controle PWM, A/Ds e suporta a CAN (Controller Area
Network)
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11. XMEGA
■ Tecnologia Event System melhorada
■ 4 canais de DMA
■ Resposta a restrições de temporização confiáveis
■ ADs e DAs de 12-bits
■ Suporta criptografia AES e DES no chip
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12. XMEGA
■ Desempenho do Event System:
■ Desempenho do DMA:
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13. Aplicações Específicas
■ Automative AVR
 Aplicações de tempo real automotivas
■ AVR Z-Link
 Comunicação sem-fio usando ZigBee, padrão em projetos de
automação
■ CAN AVR
 Comunicação em redes usando o protocolo CAN
■ LCD AVR
 Suporte em hardware para controle de LCDs
■ Smart Battery AVR
 Recursos de proteção elétrica e checagens de parâmetros de
corrente e tensão para monitoramento, gerenciamento, proteção e
carga de baterias com 1 único chip
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14. Aplicações Específicas
■ FPSLIC (AVR com FPGA)
 “Field Programmable System Level Integrated Circuits”
 Permite estender o design do sistema a partir do microcontrolador,
definindo na FPGA como serão os periféricos adicionais
 Permite reprogramar a FPGA on the fly
 Modelos de 5 mil a 40 mil gates
 A Atmel disponibiliza vários IP Cores prontos, dos mais variados tipos
de implementações, como I/O Buffers, FF, Mux/Demux, FIFO, etc.
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15. RTOS
■ Um detalhe interessante é que existem Sistemas
Operacionais de Tempo Real para os
microcontroladores AVR, inclusive da linha de 8
bits.
■ Os mais importantes:
 AvrX (http://www.barello.net/avrx/)
➔ Multitasking
➔ FIFO com sincronia
 FreeRTOS (http://www.freertos.org/)
➔ Multitasking
➔ Suspensão voluntária ou involuntária
 csRTOS (http://www.circuitcellar.com/avr2004/DA3650.html)
➔ Single Task
➔ “Cooperative Sharing”
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16. AVR32
■ Arquitetura de 32 bits RISC
■ Foco em economia de energia
■ Barramentos Hi-speed independentes
■ Dynamic Frequency Scaling
■ Sub-divisões:
 AP7 32-bit Application Processors
 UC3 32-bit Flash Microcontrollers
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17. Suporte a Java no AVR32
■ A execução de parte dos bytecodes Java é feito
direto em hardware do AVR32 RISC
■ Instruções com semântica mais carregada é
capturada e enviada para a JVM executar via
software
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18. Suporte a Java no AVR32
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19. Execução de um programa em Java
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20. Características importantes
■ Memória Flash:
 Uso de memória Flash em microcontroladores iniciou-
se com os primeiros AVR lançados;
 Todos eles possuem recursos para utilizar a própria
memória como local de armazenamento de dados.
■ Boot loader:
 Todos possuem um bootloader com várias
funcionalidades,
 Torna possível atualizar o firmware com grande
facilitade, inclusive o próprio bootloader;
 Facilita muito a implantação de um projeto com muitos
microcontroladores.
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21. Características importantes
■ RISC:
 Todos são realmente RISC, executando 1 instrução
por ciclo de clock;
 Esse fato mostra uma grande previsibilidade e
velocidade na execução dos programas, levando a
uma relação direta de MIPS e MHz;
 Essa diferença faz com que seu uso se estenda por
áreas onde há restrições de temporização e sincronia,
como:
➔ Sistemas de Tempo Real;
➔ Processamento Digital de Sinais e Imagens;
➔ Codificação e Decodificação em geral;
➔ Gateway de rede.
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22. Ferramentas de Desenvolvimento
■ Linguagens de Desenvolvimento de Firmware:
 Assembly (AVR Assembler Site http://avr-asm.tripod.com/)
 Ada (Projeto AVR-Ada http://avr-ada.sourceforge.net/)
 BASIC (Compilador e IDE http://www.mcselec.com/)
 C/C++ (Projeto GCC http://gcc.gnu.org/)
 Java (MCU Java Source http://mcujavasource.sourceforge.net/)
 Pascal (AVRco IDE http://e-lab.de/)
 Python (Projeto PyMite http://pymite.python-hosting.com/wiki/PyMite)
■ AVR Technical Library DVD
 Todo o material disponível para os desenvolvedores
reunidos em um DVD, com datasheets, referências de
desenvolvimento de software e hardware para todos
os modelos, etc.
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23. AVR32 Studio
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24. Aplicações
■ Segurança Aeronáutica
 Projeto OCAS
■ Indústria Automobilística
■ Projetos de Referência
 Arduino (http://www.arduino.cc)
Projeto de Design de referência para placa de
desenvolvimento para as mais variadas aplicações. Existem
atualmente muitas variações de layout baseadas no mesmo
projeto.
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25. Projeto OCAS
■ Objetivo: Evitar colisões no espaço aéreo, entre
avisões e barreiras físicas, como linhas de força.
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26. Projeto OCAS
■ Desafios: Upgrade de Firmware dos AVRs
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27. Arduino
■ Arduino com Wiimotes e Nunchucks
 Página do projeto: http://www.tinker.it/en/Tutorials/WiiNunchuck
 Download da documentação e firmware.
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28. Arduino
■ AVR In System Programmer (ISP)
 Página do Projeto (http://tinyurl.com/2y9adx)
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29. Outros Projetos
■ Várias iniciativas utilizando o AVR em sensores
diversos, geração e detecção de som e outros
sinais, devido à sua temporização previsível e
confiável.
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30. Microcontroladores AVR
Fim
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