SISTEMAS EMPOTRADOS Optativa de 2º ciclo Ingeniería Informática Ingeniería de Telecomunicación

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1 SISTEMAS EMPOTRADOS Optativa de 2º ciclo Ingeniería Informática Ingeniería de Telecomunicación José Luis Villarroel Salcedo Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas Centro Politécnico Superior Universidad de Zaragoza

2 ÍNDICE Introducción 1 El 68HC08 40 El TMS320F Herramientas de desarrollo 157 Gestión del tiempo 202 Sistemas discretos secuenciales 237 Sistemas muestreados 298 Procesos concurrentes 353 Ejecutivos cíclicos 368 Prioridades e interrupciones 410 Núcleos multitarea 437

3 SISTEMAS EMPOTRADOS 1 SISTEMAS EMPOTRADOS INTRODUCCIÓN

4 SISTEMAS EMPOTRADOS 2 DEFINICIÓN Sistema de Tiempo Real: Es un sistema informático en el que es significativo el tiempo en el que se producen sus acciones. No basta que las acciones de un sistema sean correctas, sino que, además, deben ocurrir dentro de un intervalo de tiempo determinado. Los sistemas tiempo real suelen estar integrados en un sistema de ingeniería más general, en el que realizan funciones de control, procesamiento y/o monitorización: SISTEMAS EMPOTRADOS (embedded systems) Ejemplos: Vídeo, lavadora, ABS,, computadora de vuelo

5 SISTEMAS EMPOTRADOS 3 EJEMPLO Computador de un coche Km Km/h Cont. Velocidad Tª Hora Pedales Computador Control Empotrado Calefacción Aire Acondicionado Ruedas Sistema Inyección

6 SISTEMAS EMPOTRADOS 4 EJEMPLO Varias tareas: Control automático de velocidad Control climatización Visualización:» velocidad» rpm» consumo» niveles» alarmas»... Ordenes del conductor:» comienzo cont. velocidad» establecimiento temperatura interior» puesta en hora»...

7 SISTEMAS EMPOTRADOS 5 CARACTERÍSTICAS Concurrencia Los componentes del sistema controlado o monitorizado funcionan simultáneamente El sistema de control debe atenderlo y generar las acciones de control o visualización de forma simultánea Un computador ejecuta sus acciones de forma secuencial RAPIDEZ se puede hacer que el computador ejecute sus acciones de forma aparentemente simultánea Computadores multiprocesador o sistemas con varios computadores

8 SISTEMAS EMPOTRADOS 6 CARACTERÍSTICAS Fiabilidad y seguridad Un fallo en un sistema de control puede hacer que el sistema controlado se comporte de forma peligrosa o antieconómica Es importante asegurar que si el sistema de control falla lo haga de forma que el sistema controlado quede en un estado seguro => hay que tener en cuenta los posibles fallos o excepciones en el diseño Eficiencia Gran parte de los sistemas de control deben responder con gran rapidez a los cambios en el sistema controlado

9 SISTEMAS EMPOTRADOS 7 CARACTERÍSTICAS Interacción con dispositivos físicos Los sistemas empotrados interaccionan con su entorno mediante diversos tipos de dispositivos que normalmente no son convencionales (teclados, impresoras,...): convertidores A/D y D/A, pwm, entradas y salidas digitales paralelo y serie,... (interfases con sensores, actuadores, periféricos especiales,...) Los componentes del software que controlan el funcionamiento de estos dispositivos (manejadores, "drivers") son, en general, dependientes del sistema concreto

10 SISTEMAS EMPOTRADOS 8 CARACTERÍSTICAS Robustez Embarcados en sistemas con movimiento o que pueden ser transportados, sujetos a vibraciones e incluso impactos (coches, robots, instrumentación portátil,...) No siempre trabajan en condiciones óptimas de temperatura, humedad, limpieza. Factor de protección IP: IP65» Primer dígito: protección ante entrada de sólidos (polvo)» Segundo dígito: protección ante la entrada de líquidos

11 SISTEMAS EMPOTRADOS 9 CARACTERÍSTICAS Bajo consumo Muchos de estos sistemas están alimentados con baterías o pilas. Menor consumo => mayor autonomía En muchos casos necesidades de bajo voltaje (3V) Bajo peso Característica de agradecer en sistemas portátiles No depende únicamente del computador embarcado y su periferia sino también de la alimentación (baterías) o de los sensores y actuadores

12 SISTEMAS EMPOTRADOS 10 CARACTERÍSTICAS Bajo precio Aplicable a electrónica de consumo y otros dispositivos con mercados muy competitivos (p.e. telefonía móvil) Pequeñas dimensiones Las dimensiones de un sistema empotrado no dependen sólo de sí mismo sino también del espacio disponible en el sistema que controla y/o monitoriza. Característica a tener muy en cuenta por los problemas que acarrea

13 SISTEMAS EMPOTRADOS 11 EJEMPLOS Ejemplos de sistemas empotrados Electrónica de consumo» Videos, HIFI, televisión,...» Lavadoras, frigoríficos, lavaplatos,... Automóviles» Control velocidad, climatización, visualización» ABS, ASR» Inyección Telecomunicaciones» Radios, teléfonos móviles» GPS Aviónica, espacial» Computadores de vuelo, de misión» Path-finder Defensa» Bombas y misiles inteligentes» Vehículos, dirección de tiro,... Instrumentación

14 SISTEMAS EMPOTRADOS 12 CLASIFICACIÓN COMPUTADORES PROPÓSITO GENERAL TIEMPO REAL NO EMPOTRADOS EMPOTRADOS Supercomputadores Servidores Estaciones de trabajo PC's Calculadoras Cálculo científico Gestión (bancos, empresas) Bases de datos Tarjetas microprocesadores + tarjetas E/S + bus Autómatas Programables Reguladores digitales Control industrial Simuladores de vuelo Robótica Tarjetas microprocesadores + tarjetas E/S + bus Microcontroladores, DSPs Electrodomésticos Aeronáutica Teléfonos móviles

15 SISTEMAS EMPOTRADOS 13 LOS MICROS Microprocesadores Propósito general Potente CPU Caches y manejo eficiente de memoria Memoria interna (RAM/ROM) Periféricos: E/S digitales Conversores A/D PWM Timers Líneas serie (SCI, SPI) SI SI CPU especializada: Instrucción MAC Manejo buffers,... Memoria interna (RAM/ROM) Periféricos: Timers Líneas serie alta velocidad Memoria externa Caches NO Caches NO Microcontroladores Control digital La CPU no necesita potencia Todo en un CHIP DSPs Procesado Digital de Señal Potente CPU especializada Comunicación con conversores A/D externos

16 SISTEMAS EMPOTRADOS 14 EL MERCADO bit 4-bit 16-bit µc DSP

17 SISTEMAS EMPOTRADOS 15 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Técnica de fabricación CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor» La inmensa mayoría de los procesadores para sistemas empotrados se fabrican en esta tecnología» Menor consumo (alimentación a baterías)» Mayor inmunidad al ruido» Son chips casi o totalmente estáticos (no necesidad de refresco) => el reloj puede ser ralentizado o detenido: seelp mode

18 SISTEMAS EMPOTRADOS 16 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Arquitecturas Von-Neuman (µc)» Programa y datos son almacenados en la misma memoria principal. Un único bus de datos.» Primero se busca la instrucción y entonces el dato involucrado => Dos búsquedas en secuencia. Harvard (µc y DSP)» Bus de datos y bus de instrucciones separados.» Arquitectura segmentada => búsquedas en paralelo» Pre-búsqueda de siguiente instrucción en paralelo con acceso a los datos de la instrucción en ejecución

19 SISTEMAS EMPOTRADOS 17 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP CISC: Complex Instruction Set Computer» Muchas instrucciones diferentes. Potentes y especializadas.» Facilita la programación.» Código muy compacto» P.e.: Motorola RISC: Reduced Instruction Set Computer» Pocas instrucciones muy sencillas.» La sencillez de las instrucciones permite liberar área de silicio para implementar características que mejoren las prestaciones.» Chips más baratos, de menor consumo, de menos pines.» P.e.: PIC

20 SISTEMAS EMPOTRADOS 18 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Memorias PROGRAMA ROM OTP EPROM EEPROM FLASH PARÁMETROS DATOS NO VOLÁTILES EEPROM FLASH RAM con batería VARIABLES PILA RAM

21 SISTEMAS EMPOTRADOS 19 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Máscara» Memoria ROM» Programada en fábrica OTP: One Time Programmable» Es un dispositivo PROM. En realidad una EPROM sin ventana de borrado.» Una vez que el programa ha sido grabado no puede ser borrado ni modificado» Alternativa a la máscara ROM para series pequeñas Reprogramación» El uso de EPROM, EEPROM, EPROM y FLASH para la memoria de programa facilita el desarrollo y puesta a punto de dispositivos» El uso de EEPROM, EPROM y FLASH permite la reprogramación del procesador sin extraerlo del sistema que controla Nuevas versiones, eliminación de errores

22 SISTEMAS EMPOTRADOS 20 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Alimentación Bajo voltaje» Alimentación a 5V (µc)» Alimentación a 3V (µc y DSP) IDLE/HALT» Modos de bajo consumo, manteniendo valores de registros, memoria y salidas» IDLE: se para la CPU El micro se despierta con una interrupción externa o interna (timers) o con el RESET Actividad periódica del micro -> timer dedicado a despertar» HALT: se para todo (CPU, timers, periféricos), el micro se despierta sólo con una interrupción externa o RESET

23 SISTEMAS EMPOTRADOS 21 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Entradas / salidas UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter» SCI: Serial Comunication Interface. Synchronous Serial Port» SPI: Serial Periferal Interface» McBSP: Multi Channel Buffered Serial Port I2C: Inter-Integrated Circuit bus» Bus serie de dos hilos» Multi-master, multi-slave, detección de colisiones. 128 dispositivos, 10 metros CAN: Controller Area Network» Bus con prioridades

24 SISTEMAS EMPOTRADOS 22 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Conversión Analógico-Digital (sólo µc, algún DSP)» Dada la dificultad de integrar circuitos analógicos con digitales no suelen tener gran precisión» Normalmente 8 ó 10 bits Conversión Digital-Analógica (sólo µc, algún DSP)» No suele estar implementada» PWM: Pulse Width Modulator. Se usa como técnica de conversión D/A Contadores de pulsos (sólo µc)» Cada pulso/evento incrementa un registro acumulador -> número de veces que ha sucedido el evento

25 SISTEMAS EMPOTRADOS 23 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Interrupciones Desde los periféricos: timers, UARTS, A/D, E/S paralelo, componentes externos. Interrupciones enmascarables -> se pueden activar y desactivar Interrupciones vectorizadas: una dirección de salto para cada interrupción Prioridades

26 SISTEMAS EMPOTRADOS 24 CARACTERÍSTICAS DE LOS µc y DSP Características especiales Watchdog timer» Si el programa no reinicializa el watchdog antes de un cierto tiempo, éste procede a hacer el RESET del sistema Monitor del reloj» Circuito que detecta si el reloj funciona demasiado despacio => RESET Monitor» Programa residente que facilita el desarrollo y la puesta a punto (carga, break points,...) Floating point vs fixed point (DSPs)

27 SISTEMAS EMPOTRADOS 25 µc POPULARES 8051 (Intel) Arquitectura Harvard (direccionamiento separado para datos e instrucciones) Bus de 8 bits de datos Puede direccionar 64K de programa (los 4K ó 8K bajos pueden residir en chip) y 64K de memoria de datos externa. 128 bytes de RAM interna + registros especiales. E/S direccionadas en espacio propio.» Bus de direcciones de 16 bits Gran potencia en instrucciones de bit Timers y puertos serie (no A/D ni PWM) 8048 serie baja 80c196 de 16 bits 80186: microcontrolador con un 8086 como núcleo (PC XT)

28 SISTEMAS EMPOTRADOS 26 µc POPULARES 68HC11 (Motorola) Arquitectura Von Neuman (datos, programa, E/S, timers comparten el mismo espacio de memoria) Bus de 8 bits de datos, 16 bits de direcciones Pueden tener: EEPROM/OTPROM, RAM, E/S digitales, timers, A/D, PWM, acumuladores de pulsos, comunicación serie síncrona y asíncrona Serie baja 68HC05 683xx: microcontrolador con un 68xxx como núcleo

29 SISTEMAS EMPOTRADOS 27 µc POPULARES 68HC08 (Motorola) Arquitectura Von Neuman (datos, programa, E/S, timers comparten el mismo espacio de memoria) Bus de 8 bits de datos, 16 bits de direcciones Pueden tener: ROM/FLASH, RAM, E/S digitales, timers, A/D, PWM, acumuladores de pulsos, comunicación serie síncrona y asíncrona Existen elementos de la familia con USB, IIC, CAN Hasta 60K de Flash, hasta 2K de RAM

30 SISTEMAS EMPOTRADOS 28 µc POPULARES PIC (MicroChip) Arquitectura Harvard (direccionamiento separado para datos e instrucciones)» solapamiento de instrucciones Primer microcontrolador RISC 16Cxx principal línea de la casa» 35 instrucciones» 8 bits de datos» 14 bits de instrucción (hasta 8K instrucciones)» Pueden tener: EEPROM/OTPROM, RAM, E/S digitales, timers, A/D, PWM, acumuladores de pulsos, comunicación serie síncrona y asíncrona

31 SISTEMAS EMPOTRADOS 29 DSPs POPULARES Las familias de Texas Instruments C2000 C5000 C6000 Lowest Cost Control Systems Motor Control Storage Digital Ctrl Systems Efficiency Best MIPS per Watt / Dollar / Size Wireless phones Internet audio players Digital still cameras Modems Telephony VoIP Performance & Best Ease-of of-use Multi Channel and Multi Function App's Comm Infrastructure Wireless Base-stations stations DSL Imaging Multi-media Servers Video

32 SISTEMAS EMPOTRADOS 30 DSPs POPULARES Familia 6000 (Texas Intruments) Program RAM Data Ram Addr (32) Ext l Memory D (32) EMIF Regs (A0-A15) A15) Internal Buses.D1.M1.L1.S1.D2.M2.L2.S2 Regs (B0-B15) B15) DMA Serial Port Host Port Boot Load Timers Control Regs CPU Pwr Down

33 SISTEMAS EMPOTRADOS 31 DSPs POPULARES Familia 6000 (Texas Instruments) Device MIPS MHz Kbytes pins mm W $ Periphs 6201B D2H D3X E2H TMS320 MFLOPS MHz Kbytes pins mm W $ Periphs D2H E2H Peripherals Legend: D,E: DMA,EDMA 2,3: # of McBSPs H,X: HPI, XBUS

34 SISTEMAS EMPOTRADOS 32 DSPs POPULARES Familia 2000 (Texas Instruments) C24x C28x» 16-bit data Fixed-Point» SCI, SPI, CAN, A/D, event manager, watchdog timers, on-chip Flash memory, MIPS» 32-bit data Fixed-Point» SCI, SPI, CAN, 12-bit A/D, McBSP, watchdog timers, on-chip Flash memory, up to 400 MIPS

35 SISTEMAS EMPOTRADOS 33 DSPs POPULARES Otros fabricantes importantes: Analog Devices (www.analog.com/dsp)» ADSP-21xx 16 bit, fixed point» ADSP-21xxx 32 bit, floating and fixed point Lucent Technologies (www.lucent.com)» DSP16xxx 16 bit fixed point» DSP32xx 32 bit floating point Motorola (www.mot.com)» DSP561xx 16 bit fixed point» DSP560xx 24 bit, fixed point» DSP bit, floating point

36 SISTEMAS EMPOTRADOS 34 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Ensamblador Permiten el uso eficiente de los recursos Programación costosa y casi imposible la modificación» El código debe ser documentado, empleo de símbolos» Programación estructurada Lenguajes de alto nivel Desarrollo más rápido, mantenimiento menos costoso eficiencia ocupación en memoria Ada --> grandes sistemas empotrados C --> La estrella!» Permite el acceso a los recursos hardware

37 SISTEMAS EMPOTRADOS 35 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Uso de C y Ensamblador Programación en C» Puesta a punto de la lógica del programa Reescritura de algunas partes críticas en ensamblador» Disminución de la ocupación de memoria» Aumento de las prestaciones Ensamblador Cruzado Fuente Ensamblador Objeto Relocalizable Librerías Fuente C Objeto Relocalizable Compilador Cruzado Montador de Enlaces Fichero Configuración Ejecutable No Relocalizable Cargador Máscara Microcontrolador DSP

38 SISTEMAS EMPOTRADOS 36 HERRAMIENTAS DE DESARROLLO Simuladores Un simulador ejecuta un programa de un microcontrolador o DSP en un computador de propósito general (p.e. un PC) Los contenidos de la memoria y registros pueden ser observados y alterados No soporta interrupciones reales ni (generalmente) hardware adicional La velocidad de ejecución es menor que en el procesador real

39 SISTEMAS EMPOTRADOS 37 HERRAMIENTAS DE DESARROLLO Tarjetas de evaluación con monitor residente Elementos básicos:» Procesador + Hardware periférico básico» Línea de comunicación» Conector para enlazar hardware propio» Programa monitor en ROM El monitor permite:» La carga y ejecución de programas» Visualización y actualización de memoria, breakpoints,... Desventajas del monitor residente:» El monitor se ejecuta en el mismo procesador que el programa del usuario.» Utiliza recursos del procesador (un puerto de comunicación, una interrupción y memoria) y ralentiza la ejecución (acceso a memoria y registros y comunicación)

40 SISTEMAS EMPOTRADOS 38 HERRAMIENTAS DE DESARROLLO Puerto específico en el mismo procesador Ejemplos» IEEE Std (IEEE Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture)» Modo monitor en el 68HC08 (MON08) Puerto específico que permite:» Test del sistema en línea» Programación del procesador en línea» Puesta a punto Es un recurso específico del procesador para estas tareas» Puerto al exterior» Circuitería» Software de carga, comunicación,...

41 SISTEMAS EMPOTRADOS 39 HERRAMIENTAS DE DESARROLLO Emuladores Hardware que emula al procesador y además permite obtener información y actuar sobre la aplicación sin gastar recursos ni alterar la evolución temporal Se comunica por una parte con un computador o terminal (vía RS232 o similar) y por otra con el sistema que se está desarrollando (mediante el POD)

42 SISTEMAS EMPOTRADOS 40 SISTEMAS EMPOTRADOS El 68HC08

43 SISTEMAS EMPOTRADOS 41 DESCRIPCIÓN GENERAL Características básicas Arquitectura Von Neuman 8MHz frecuencia bus a 5Volt Bus datos y aritmética 8 bits Bus direcciones 16 bits multiplicación 8x8 rápida división 16/8 rápida 512 RAM, 32K FLASH Interrupciones vectorizadas, con prioridades In-system programming Conversor A/D de 8 canales y 8 bits, tiempo conversión 17µS E/S en espacio de memoria Comunicación serie asíncrona SCI, y síncrona SPI Modulo de generación de reloj con PLL TBI, interrupción de tiempo real 2 módulos temporizadores 16 bits,pwm 33 pines I/O» 10 ma todas I/0, 15 ma 5 E/S» pull up programable Watchdog COP, detección de bajo voltaje Alimentación a 3 V ó 5 V Dos estados de bajo consumo: WAIT y STOP

44 SISTEMAS EMPOTRADOS 42 DESCRIPCIÓN GENERAL Diagrama bloques HC08

45 SISTEMAS EMPOTRADOS 43 DESCRIPCIÓN GENERAL Mapa de memoria

46 SISTEMAS EMPOTRADOS 44 DESCRIPCIÓN GENERAL Low Power Modes Existen dos modos de ahorro de energía: WAIT y STOP WAIT» CPU apagada» Periféricos continúan funcionando» Salida del modo: RESET o Interrupción (externa o de los periféricos) STOP» CPU apagada» Periféricos apagados salvo el KBI» TBM puede quedar activo» Salida del modo: RESET, IRQ, interrupción del TBM o del KBI

47 SISTEMAS EMPOTRADOS 45 DESCRIPCIÓN GENERAL Encapsulados 44 QFP 42 SDIP 40 PDIP

48 SISTEMAS EMPOTRADOS 46 DESCRIPCIÓN GENERAL Familia HC08 RAM 128 bytes bytes Dos tecnologías» Flash (68HC908) 4K.. 60K» Máscara ROM (68HC08) 406 bytes.. 32 K EEPROM 0 bytes bytes Comunicación serie SPI, SCI, CAN, USB, I2C Canales en los timers CAD 8 ó 10 bits, 8 a 14 canales

49 SISTEMAS EMPOTRADOS 47 CPU08 Características básicas Hasta 8MHz frecuencia Bus datos y aritmética 8 bits Bus direcciones 16 bits» 64K de programa y datos Multiplicación 8x8 rápida División 16/8 rápida 16 modos de direccionamiento Modos de bajo consumo: WAIT y STOP Puede ejecutar código para el HC05

50 SISTEMAS EMPOTRADOS 48 CPU08 Conjunto de registros que pueden ser manipulados por el conjunto de instrucciones: Acumulador A Registro índice H:X Puntero de pila SP, también registro índice Contador de programa PC Registro de códigos de condición

51 SISTEMAS EMPOTRADOS 49 CPU08 Modos de direccionamiento: Inmediato, el valor del operando» LDA #01 Extendido, la dirección dato (direcciones > $FF)» LDA $8001 Directo, la dirección del dato (direcciones < $FF)» LDA $01 Relativo, instrucciones de salto» rango » BRA ETIQUETA (salto dentro del rango)» código reubicable» menor tamaño de las instrucciones Inherente» TSX H:X (SP)+1 indexado la dirección del operando se calcula sumando un desplazamiento (offset) a un registro índice» indexado sin desplazamiento LDA,X ; A (X)» Indexado, desplazamiento 8bits LDA $2,X; A (X+ $2)» Indexado, desplazamiento 16bits LDA $8000,X; A (X+$8000)» indexado SP, desplazamiento 8 bits LDA $1,SP» indexado SP, desplazamiento 16 bits LDA $8000,SP

52 SISTEMAS EMPOTRADOS 50 CPU08 Conjunto de instrucciones Carga de Registros LDA Load Accumulator from Memory LDHX Load Index Register from Memory LDX Load X (Index Register Low) from Memory PULA Pull Accumulator from Stack PULH Pull H (Index Register High) from Stack PULX Pull X (Index Register Low) from Stack Salvado de registros STA Store Accumulator in Memory STHX Store Index Register STX Store X (Index Register Low) in Memory PSHA Push Accumulator onto Stack PSHH Push H (Index Register High) onto Stack PSHX Push X (Index Register Low) onto Stack Transferencia entre registros TAP Transfer Accumulator to Processor Status Byte TAX Transfer Accumulator to X (Index Register Low) TPA Transfer Processor Status Byte to Accumulator TSX Transfer Stack Pointer to Index Register TXA Transfer X (Index Register Low) to Accumulator TXS Transfer Index Register to Stack Pointer Transferencia memoria - memoria MOV Move Incremento/Decremento INCA Increment Accumulator INCX Increment X (Index Register Low) INC Increment DECA Decrement Accumulator DECX Decrement X (Index Register Low) DEC Decrement Activado/desactivado de bits BCLR n Clear Bit n in Memory BSET n Set Bit n in Memory CLRA Clear Accumulator CLRX Clear X Index Register Low CLRH Clear H Index Register High CLR Clear CLC Clear Carry Bit SEC Set Carry Bit RSP Reset Stack Pointer

53 SISTEMAS EMPOTRADOS 51 CPU08 Conjunto de instrucciones Operaciones aritméticas ADD Add without Carry AIS Add Immediate Value (Signed) to Stack Pointer AIX Add Immediate Value (Signed) to Index Register ASL Arithmetic Shift Left ASR Arithmetic Shift Right DAA Decimal Adjust Accumulator DIV Divide LSL Logical Shift Left LSR Logical Shift Right MUL Unsigned Multiply NEGA Negate Accumulator(Two?s Complement) NEGX Negate X Index Register Low (Two?s Complement) NEG Negate (Two?s Complement) SBC Subtract with Carry SUB Subtract NSA Nibble Swap Accumulator Rotaciones/Desplazamientos ROLA Rotate Accumulator Left through Carry ROLX Rotate X Index Register Low Left through Carry ROL Rotate Left through Carry RORA Rotate Accumulator Right through Carry RORX Rotate X Index Register Low Right through Carry ROR Rotate Right through Carry Test datos CMP Compare Accumulator with memory CPHX Compare H:X with M CPX Compare X with M BIT Bit Test TSTA Test Accumulator for Negative or Zero TSTX Test X Index Register Low for Negative or Zero TST Test for Negative or Zero Operaciones lógicas AND Logical AND EOR Exclusive-OR Memory with Accumulator ORA Inclusive-OR Accumulator and Memory COMA Accumulator Complement (One's Complement) COMX X Index Register Low Complement (One's Complement) COM Complement (One's Complement)

54 SISTEMAS EMPOTRADOS 52 CPU08 Conjunto de instrucciones Salto condicional BCC Branch if Carry Bit Clear BCS Branch if Carry Bit Set BEQ Branch if Equal BGE Branch if Greater Than or Equal To BGT Branch if Greater Than BHCC Branch if Half Carry Bit Clear BHCS Branch if Half Carry Bit Set BHI Branch if Higher BHS Branch if Higher or Same BIH Branch if IRQ Pin High BIL Branch if IRQ Pin Low BLE Branch if Less Than or Equal To BLO Branch if Lower BLS Branch if Lower or Same BLT Branch if Less Than BMC Branch if Interrupt Mask Clear BMI Branch if Minus BMS Branch if Interrupt Mask Set BNE Branch if Not Equal BPL Branch if Plus BRSET n Branch if Bit n in Memory Set BRCLR n Branch if Bit n in Memory Clear DBNZ Decrement and Branch if Not Zero CBEQ Compare and Branch if Equal Salto incondicional JMP Jump JSR Jump to Subroutine BSR Branch to Subroutine RTS Return from Subroutine BRA Branch Always BRN Branch Never Varios NOP No Operation Interrupciones RTI Return from Interrupt SWI Software Interrupt WAIT Enable Interrupts; Stop Processor STOP Enable IRQ Pin, Stop Oscillator CLI Clear Interrupt Mask Bit SEI Set Interrupt Mask Bit

55 SISTEMAS EMPOTRADOS 53 Clock Generator Module CGM Fuente de reloj para el µc: reloj externo a la frecuencia de trabajo reloj externo a baja frecuencia + PLL interno multiplicador frecuencia CGMXCLK PLL CGMVCLK selector fuente reloj 2 CGMOUT 2 BUS CLOCK

56 SISTEMAS EMPOTRADOS 54 Clock Generator Module CGM Posibilidades del reloj externo Sin PLL: dc MHz Con PLL: 30 KHz MHz Frecuencia de BUS Alimentación de 5V: máximo 8.4 MHz Alimentación de 3V: máximo 4.1 MHz Ejemplo de uso de PLL

57 SISTEMAS EMPOTRADOS 55 Clock Generator Module CGM Circuito externo para el CGM Circuito de reloj Filtro para el PLL

58 SISTEMAS EMPOTRADOS 56 Interrupciones Características básicas 16 posibles fuentes de interrupción SWI interrupción software Reset Vectorizadas» 18 vectores diferentes» Tabla de interrupciones en dirección fija: al final del espacio de direccionamiento: $FFDC..$FFFF Enmascarables salvo SWI y RESET Se pueden habilitar de forma individual

59 SISTEMAS EMPOTRADOS 57 Interrupciones RESET Fuentes» Encendido (Power-ON Reset, POR)» Pin RESET externo: RST» Watchdog COP» Low Voltaje» IIegal opcode» Ilegal address Acciones» Detiene la ejecución de la instrucción en curso» Inicializa el valor de ciertos registros» Carga en el PC el contenido del vector de RESET ($FFFE-$FFFF)» Selecciona el reloj externo 4 como reloj de BUS

60 SISTEMAS EMPOTRADOS 58 Interrupciones Fuentes de Interrupciones Línea IRQ externa Internas de los periféricos» Timer, TBM, CGM» E/S: SCI, SPI, Keyboard, ADC Interrupción por programa SWI Habilitación de interrupciones El bit I del CCR indica si la CPU atiende interrupciones» I = 1, no se atienden. SEI, pone el bit a 1» I = 0, se atienden. CLI, pone el bit a 0» enmascaradas en reset para poder fijar el puntero pila Cada interrupción dispone de una bandera individual que permite enmascararla

61 SISTEMAS EMPOTRADOS 59 Interrupciones Cada interrupción tiene una bandera que indica si hay petición IF1-IF16 de los registros INT1, INT2, INT3 IFx=1 indica interrupción pendiente IFx=0 indica interrupción no pendiente Sólo lectura INT1 INT2 INT3

62 SISTEMAS EMPOTRADOS 60 Interrupciones Secuencia en una interrupción espera fin instrucción curso (peor caso DIV, 7 ciclos) Apilar registros de la CPU: PC, A, X, CCR» NO se apila H (parte alta del registro de índice) Enmascarar interrupciones (I = 1)» Por defecto las interrupciones no se anidan Cargar en el PC el vector de la interrupción pendiente más prioritaria Ejecución del código de la rutina de interrupción En el RTI se desapilan los registros de la CPU» Se retoma el I (se vuelven a habilitar las interrupciones)» Se retoma el PC (se reanuda el programa interrumpido en la siguiente instrucción)

63 SISTEMAS EMPOTRADOS 61 Interrupciones Orden de apilamiento de los registros de la CPU

64 SISTEMAS EMPOTRADOS 62 Interrupciones Prioridades Las prioridades de las interrupciones son fijas Al acabar la instrucción actual se comprueba cuales son las interrupciones pendientes y se ejecuta la más prioritaria Anidamiento de interrupciones» Debe hacerse con cuidado» El salto a interrupción enmascara interrupciones. Normalmente no se anidan.» Si se permite el anidamiento de interrupciones TODAS las interrupciones habilitadas interrumpen, independientemente de su nivel de prioridad respecto de la interrumpida

65 SISTEMAS EMPOTRADOS 63 Interrupciones Tabla resumen propiedades de interrupciones INT Register Flag Code Warrior Int Num Source Flag Mask Priority VectorAddress Reset None None None 0 $FFFE $FFFF SW Iinstruction None None None 0 $FFFC $FFFD 1 IRQ pin IRQF IMASK IF1 1 $FFFA $FFFB 2 CGM(PLL) PLLF PLLIE IF2 2 $FFF8 $FFF9 3 TIM1 channel 0 CH0F CH0IE IF3 3 $FFF6 $FFF7 4 TIM1 channel 1 CH1F CH1IE IF4 4 $FFF4 $FFF5 5 TIM1 overflow TOF TOIE IF5 5 $FFF2 $FFF3 6 TIM2 channel 0 CH0F CH0IE IF6 6 $FFF0 $FFF1 7 TIM2 channel 1 CH1F CH1IE IF7 7 $FFEE $FFEF 8 TIM2 overflow TOF TOIE IF8 8 $FFEC $FFED 9 SPI receiver full SPRF SPRIE IF9 9 $FFEA $FFEB 10 SPI overflow OVRF ERRIE SPI modefault MODF ERRIE SP transmitter empty SPTE SPTIE IF10 10 $FFE8 $FFE9 11 SCI receiver overrun OR ORIE IF11 11 $FFE6 $FFE7 12 SCI noise fag NF NEIE SCI raming error FE FEIE SCI parity error PE PEIE SCI receiver full SCRF SCRIE IF12 12 $FFE4 $FFE5 13 SCI input idle IDLE ILIE SCI transmitter empty SCTE SCTIE IF13 13 $FFE2 $FFE3 14 SCI transmission complete TC TCIE Keyboard pin KEYF IMASKK IF14 14 $FFE0 $FFE1 15 ADC conversion complete COCO AIEN IF15 15 $FFDE $FFDF 16 Timebase TBIF TBIE IF16 16 $FFDC $FFDD 17

66 SISTEMAS EMPOTRADOS 64 Interrupciones Interrupción externa IRQ Pin IRQ Registro de control y estado» Dos modos seleccionables MODE MODE = 1 interrupción en flanco de bajada y en nivel bajo MODE = 0 interrupción en flanco de bajada» Bits de ACK, IRQF y IMASK (máscara) Pullup interno siempre conectado

67 SISTEMAS EMPOTRADOS 65 Entradas/salidas paralelas 33 pines I/O todos bidireccionales Organizados en 5 puertos A,B,C,D,E pines alta intensidad» Todos los pines a 1 pueden suministrar 10mA» Hay límite en la intensidad total suministrada por todos los pines de un puerto y por todos los puertos» Los pines PTC0-PTC4 pueden absorber 15mA compartidos con otros periféricos puertos A,C,D con pull-up programable» Ejemplo PTA

68 SISTEMAS EMPOTRADOS 66 Entradas/salidas paralelas puerto pines E/S reg E/S reg dirección reg pull up función alternativa A 0-7 PTA DDRA PTAPUE KBI keyboard interrupt module B 0-7 PTB DDRB - ADC conversor analógico-digital C 0-6 PTC DDRC PTCPUE - D 0-7 PTD DDRD PTDPUE TIM temporización SPI Serial Periferial Interface E 0-1 PTE DDRE - SCI Línea Serie Asíncrona

69 SISTEMAS EMPOTRADOS 67 Entradas/salidas paralelas Puerto A (similarmente B, C, D, E) 8 pines bidireccionales Registro de datos PTA Registro de dirección de los pines (entrada o salida) DDRA» DDRAx = 1 pin x configurado como salida» DDRAx = 0 pin x configurado como entrada Registro de habilitación de los pullup PTAPUE» PTAPUEx = 1 pullup habilitado» PTAPUEx = 0 deshabilitado

70 SISTEMAS EMPOTRADOS 68 KBI, módulo de interrupción de teclado Asociado al puerto A Diseñado para detectar pulsadores en los pines PTA0-PTA7 Sensible al nivel bajo ceros Puede generar interrupciones» el banderín KEYF indica pulsación pendiente» si IMASKK = 0, KEYF provoca interrupción Puede seleccionarse qué pines son sensibles con el registro INTKBIER» KBIEx = 1 pin PTAx configurado como entrada y con pullup Detección del valor de pines» configuración pin de entrada con DDRA» lectura de PTA

71 SISTEMAS EMPOTRADOS 69 KBI, módulo de interrupción de teclado

72 SISTEMAS EMPOTRADOS 70 KBI, módulo de interrupción de teclado Modo sensible únicamente a flancos de bajada» MODEK=0» Detecta cualquier flanco de bajada si el resto de los pines está a 1» Un flanco de bajada cuando un pin ya está a 0 no genera un nuevo KEYF» Borrado KEYF salto a interrupción escribir 1 en ACKK Modo sensible a flancos de bajada y nivel bajo» MODEK =1» KEYF a 1 mientras un pin esté a 0» Borrado KEYF salto a interrupción escribir 1 en ACKK y todos los pines del PTA a 1

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