Presentación Programación de sistemas y dispositivos - José Manuel Mendías Cuadros - Facultad de Informática
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Presentación Programación de sistemas y dispositivos José Manuel Mendías Cuadros Dpto. Arquitectura de Computadores y Automática Universidad Complutense de Madrid
2021
J.M. Mendías
José Manuel Mendías Cuadros
o Despacho: 3.31 (Facultad de Informática)
o Teléfono: 91 394 76 13
o e‐mail: mendias@ucm.es
o Web: www.dacya.ucm.es/mendias
www.fdi.ucm.es/profesor/mendias (alternativa)
Tutorías (on‐line con solicitud de cita previa por email):
o Solo se realizarán tutorías presenciales por causas de fuerza mayor
Presentación
o Lunes y jueves de 10h a 11h; martes de 11:30h a 12:30h
PSyD
2
2021
J.M. Mendías
Objetivo:
o Mostrar las bases del desarrollo integral de aplicaciones empotradas en
arquitecturas heterogéneas basadas en un único microcontrolador.
o Haciendo énfasis:
• Programación de bajo nivel (C/ASM)
• Control directo de dispositivos
• Tiempo real y métricas de calidad
Metodología:
o Aprender practicando
• Toda la teoría será aplicada en los laboratorios.
• La experiencia facilitará la extrapolación de los conceptos a otros entornos.
Presentación
o Trabajaremos con una máquina desnuda concreta
• Sin SO, sin cargador, sin drivers, sin bibliotecas, sin código de terceros...
o Aproximación ascendente (botton‐up)
PSyD • Partiendo del hardware iremos construyendo sucesivas capas de software.
3
definición
2021
J.M. Mendías
Un sistema digital diseñado para cubrir una necesidad específica:
o Un consumidor puede interactuar diariamente con más de una centena de sistemas
empotrados distintos.
Característica Computador de propósito general Sistema empotrado
arquitectura HW normalizada heterogénea
normalizada
arquitectura SW heterogénea
(en base a un SO estandarizado)
variable
funcionalidad (el usuario elige el momento y tipo de fija
las aplicaciones a ejecutar)
dispositivos de E/S normalizado
cualquiera
con los que interactúa (teclado, monitor, red, disco,...)
Presentación
ligaduras físicas débiles fuertes
si
no
tiempo real (garantizan tiempos
(hacen todo lo más rápido posible)
máximos de respuesta)
PSyD
memoria disponible virtualmente ilimitada poca
4
¿donde están?
2021
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Sistema de ignición Robots
Automoción
Control del motor Control de líneas de producción
Industria
Sistema de frenado (ABS) Control de plantas de proceso
Sistemas de alarma Puntos de venta
Consola de instrumentación Sistemas de inventario
Riego automático
Impresoras
Routers
Oficinas
Fax
Redes
Fotocopiadoras Hubs
Monitores Gateways
Scaners Bombas de diálisis
Medicina
TDT Dispositivos protésicos
Electrónica de consumo
DVD / VCR / Hi‐Fi Monitores (cardiacos, glucosa...)
Electrodomésticos Marcapasos
Presentación
Juguetes Sistemas de guiado
Teléfonos DAT Transporte
Control de vuelo
Cámaras GPS
Controles remotos Sistema de balizamiento
PSyD Velocímetros Control de tráfico
5 Relojes Radares
criterios de calidad (i)
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Relacionados con prestaciones y coste:
o Rendimiento: cantidad de información procesada por unidad de tiempo.
o Tiempo de respuesta: diferencia de tiempo entre un evento y la ejecución de
la acción asociada.
o Consumo: cantidad de energía que necesita el dispositivo para operar.
o Tamaño y peso: espacio físico requerido por el dispositivo.
o Non‐recurring engineering cost: el coste único de diseño y prueba del
producto.
o Coste por unidad: coste de manufacturar un dispositivo adicional.
Relacionados con la seguridad:
o Fiabilidad: tiempo medio entre fallos.
Presentación
o Tolerancia a fallos: posibilidad de recuperación del dispositivo por si mismo
tras un fallo.
PSyD o Criticidad: riesgo de daño a humanos o al entorno.
6
criterios de calidad (i)
2021
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Relacionados con el marketing:
o Tiempo hasta prototipo: tiempo requerido para diseñar, construir, y
probar un prototipo.
o Tiempo hasta mercado: tiempo requerido para que el usuario disponga
del producto.
o Factores humanos: grado de apreciación de los clientes hacia el producto.
Relacionados con la vida útil:
o Compatibilidad: conformidad del dispositivo con los estándares.
o Mantenibilidad: flexibilidad con la que un dispositivo puede ser
modificado.
Presentación
o Testabilidad: facilidad con la que se puede comprobar si el dispositivo
funciona adecuadamente.
PSyD
7
alternativas de diseño
2021
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Diseño Automático
rendimiento / menor consumo / esfuerzo de diseño
de Sistemas
custom‐made HW
(no SW)
Sistemas Empotrados
uProcessor
+
custom‐made HW/SW
Programación de Sistemas
uProcessor y Dispositivos
+
off‐the‐shelf HW
+ otras
custom‐made SW
asignaturas
Presentación
uProcessor
+
off‐the‐shelf HW/SW
PSyD
productividad / menor tiempo a mercado / compatibilidad / mantenibilidad
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volumen de ventas
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Presentación
PSyD fuente: IC Insights
9 ASP = average selling price
applications
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Presentación
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fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
10capabilities
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
11job funtions
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
12circuit boards: custom vs. off‐the shelf
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
13starting with a development board
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
14number of processors
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
15processor bit length
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
16processor clock rate
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J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
17processor vendor
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
18processor family (32 bits)
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
19use of OS/RTOS
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J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
20open source vs. comercial OS/RTOS
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Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
21OS/RTOS vendor
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J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
22programming language
2021
J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
23code reuse
2021
J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
24ratio of total resources spent
2021
J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
25sources of information
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J.M. Mendías
Presentación
PSyD
fuente: 2019 Embedded Markets Study. AspenCore, 2019
26punto de partida
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Especificación del sistema
Sistemas empotrados
Diseño de la arquitectura hardware
Dispositivos Controladores de dispositivos Microprocesador
Diseño del PCB
punto de partida
Sistemas y Dispositivos
Diseño de la arquitectura software
Programación de
Presentación
Drivers Sistema operativo Aplicación
Integración y test
PSyD
272021
J.M. Mendías
Tema horas
1 El microcontrolador S3C44BOX 4h
2 La placa de prototipado Embest S3CEV40 4h
3 El entorno de desarrollo Eclipse IDE for C/C++ Developers. 2h
4 Programación a bajo nivel en C 4h
5 Firmware y bootstraping 1h
6 Modelos de programación de software empotrado 6h
7 Micro‐kernels de tiempo real 4h
Presentación
Prácticas:
o Desarrollo de firmware (drivers y bootloader).
o Portado y configuración de un micro‐kernel de tiempo real.
PSyD
o Desarrollo de aplicaciones empotradas multihebra.
28escenario inicial (i)
2021
J.M. Mendías
Todas las clases serán presenciales pero con mínimo contacto:
o No aplica alternancia
o No se realizará streaming ni se grabarán las clases
o Para laboratorios y tutorías se habilitará una sala de videoconferencia de respaldo
Herramientas on‐line que utilizaremos:
o Web (Transparencias y documentación)
o Campus virtual (Herramientas, video‐demos y entregas)
o Google Meet (Videoconferencia)
o Asistencia rápida de Windows 10 (Asistencia remota)
Presentación
Alternativamente, según las circunstancias, podríamos llegar a usar:
o Chrome Remote Desktop (Asistencia remota)
PSyD o Microsoft Teams (Entorno unificado de trabajo en equipo)
• Requiere activar Microsoft 365 desde la gestión de cuenta UCM
29escenario inicial (ii)
2021
J.M. Mendías
Distribución de clases:
o Lunes: Teoría presencial – Aula 12
o Jueves: Laboratorios individuales presenciales – Aula 12
Elementos evaluables:
o Asistencia obligatoria (mínimo 70%) repetidores exentos
o Prácticas: 30% de la nota
• Entrega + defensa en horario de clases de laboratorio
• Retraso en la entrega se penaliza. Límite: 16 de diciembre, 13:00h
• La nota aplica a ambas convocatorias y se conserva de un curso a otro
Presentación
o Proyecto: 30% de la nota
• Entrega + defensa solo en primera convocatoria. Límite: 19 de enero, 17:00h
• La nota aplica a ambas convocatorias
PSyD o Examen teórico: 40% de la nota
30laboratorios
2021
J.M. Mendías
Cada estudiante dispondrá de un laboratorio completo en casa
o Deberá traerlo a clase los días de laboratorio
La Facultad prestará el maletín ARM durante todo el 1er. cuatrimestre
o Se recogerá desde el día 16 de septiembre en la sala de técnicos
o Se podrá devolver hasta el día 19 de enero inclusive (día del examen de enero)
Cada estudiante deberá instalarse el entorno de desarrollo, 2 opciones:
o Nativamente sobre Windows 7/10, siguiendo las instrucciones web
• Principal problema en W10: instalación de drivers no firmados
o Instalando VMWare Player (gratuito) y utilizando la máquina virtual disponible en CV
• Incluye una VM de Windows 7 con el entorno preinstalado
Presentación
De ser necesario, el entorno de desarrollo también está instalado en:
o Los laboratorios de la Facultad
PSyD o Los puestos de la biblioteca
31 o Los portátiles en préstamo de la Facultad2021
J.M. Mendías
Septiembre 2021 Octubre 2021
30 31 1 2 3 4 5 1 2 3
6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10
13 14 15 16 17 18 19 11 12 13 14 15 16 17
20 21 22 23 24 25 26 18 19 20 21 22 23 24
27 28 29 30 31 25 26 27 28 29 30 31
Noviembre 2021 Diciembre 2021
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5
8 9 10 11 12 13 14 6 7 8 9 10 11 12
15 16 17 18 19 20 21 13 14 15 16 17 18 19
Presentación
22 23 24 25 26 27 28 ¿?
20 21 22 23 24 25 26
29 30 27 28 29 30 31
PSyD
32
TEORIA LABORATORIOvaloraciones
2021
J.M. Mendías
Laboratorios Ptos
1 Acceso elemental a dispositivos (i): dispositivos externos mapeados en memoria. 0
2 Acceso elemental a dispositivos (ii): dispositivos externos conectados a puertos de E/S. 0
3 Drivers de dispositivos elementales: salida por leds y displays 7-segmentos. 0.25
4 E/S programada: control de una UART y comunicación con un terminal serie. NEW
TEST
1.25
5 Gestión básica de interrupciones: programación de un reloj de tiempo real. NEW
TEST
0.75
6 Medida del tiempo: control de temporizadores y entrada por pulsadores y keypads. NEW
DRIVER
1.75
7 Salida por un LCD. NEW
TEST 1
8 Bus IIC: lectura/escritura de una EEPROM (no se realiza) ‐
9 E/S por DMA y Bus IIS: reproducción/grabación de sonido con un Audio Codec. NEW
TEST
2
10 Conversión analógico-digital: entrada por un touchpad. NEW
DRIVER
1.25
11 Autoarranque desde ROM 0.25
Presentación
12 Multitarea cooperativa NEW
LAB
0.5
13 Multitarea bajo un kernel de planificación no expropiativo NEW
TEST
0.5
PSyD 14 Multitarea bajo RTOS uC/OS-II NEW
TEST
0.5
33
Los puntos por prácticas se ponderan por 0.3 en la calificación finalfechas de entrega
2021
J.M. Mendías
Septiembre 2021 Octubre 2021
30 31 1 2 3 4 5 1 2 3
6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 48 9 10
13 14 15 16 17 18 19 11 12 13 14 5 15 16 17
2 11
20 21 22 23 1 24 25 26 18 19 20 21 7 22 23 24
27 28 29 30 3 31 25 26 27 28 29 30 31
Noviembre 2021 Diciembre 2021
1 2 3 4 65 6 7 1 2 123 4 5
8 9 10 11 12 13 14 6 7 8 9 1310 11 12
15 16 17 18 9 19 20 21 13 14 15 16 1417 18 19
Presentación
22 23 24 25 1026 27 28 ¿?
20 21 22 23 24 25 26
29 30 27 28 29 30 31
PSyD
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TEORIA LABORATORIOcurso 2021‐22
2021
J.M. Mendías
Game & Watch (80’s):
o Visualizar imágenes y/o textos en un LCD.
o Reproducir sonidos a través de un Audio Codec.
o Usar un para la interacción con el usuario.
o Usar interrupciones.
o Tener un mínimo footprint (unos 50 KB)
https://www.youtube.com/watch?v=mdWuOhxo4FA
Proyectos cursos anteriores:
o 2012‐13: Teléfono inalámbrico.
o 2013‐14: Reproductor de audio digital (iPod).
o 2014‐15: Audioguía con voz sintética.
o 2015‐16: Ciclocomputador (velocímetro de bicicleta).
Presentación
o 2016‐17: Báscula digital.
o 2017‐18: Dictáfono digital.
o 2018‐19: Gestor de fila única.
PSyD o 2019‐20: Launchpad (secuenciador multipista).
35 o 2020‐21: Reloj despertador parlante.2021
J.M. Mendías
Arquitectura ARM:
o ARM system developer's guide: designing and optimizing system software
Andrew Sloss, Dominic Symes, Chris Wright
Elsevier / Morgan Kaufman, 2004
Programación de dispositivos:
o S3C44BOX RISC microprocessor: product overview
Samsung Electronic
o Embedded microcomputer systems: real time interfacing
Jonathan W. Valvano
Cengage Learning, 3ª edición, 2012
o Embedded Systems Building Blocks, Complete and Ready‐to‐Use Modules in C
Presentación
Jean J. Labrosse
R&D Books, 2ª edición, 2000
PSyD
362021
J.M. Mendías
Programación en C de sistemas empotrados:
o An Embedded Software Primer
David E. Simon
Addison‐Wesley, 1999
o Embedded C.
Michael J. Pont
Addison‐Wesley, 2002
o Patterns for time‐triggered embedded systems
Michael J. Pont
Addison‐Wesley, 2001
Sistemas de tiempo real:
o MicroC/OS‐II. The Real‐Time Kernel
Presentación
Jean J. Labrosse
CMP Books, 2ª edición, 2002
o Hard Real Time Computing Systems
PSyD Giorgio C. Buttazzo
37 Springer, 3º edición, 20112021
J.M. Mendías
Licencia CC (Creative Commons)
o Ofrece algunos derechos a terceras personas bajo ciertas
condiciones. Este documento tiene establecidas las siguientes:
Reconocimiento (Attribution):
En cualquier explotación de la obra autorizada por la licencia
hará falta reconocer la autoría.
No comercial (Non commercial):
La explotación de la obra queda limitada a usos no comerciales.
Compartir igual (Share alike):
La explotación autorizada incluye la creación de obras derivadas
Presentación
siempre que mantengan la misma licencia al ser divulgadas.
Más información: https://creativecommons.org/licenses/by‐nc‐sa/4.0/
PSyD
38También puede leer
