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- Raquel Magdalena Marín Ortega
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1 vii CONTENIDO AGRADECIMIENTo...Iv MENSAJE DEL EDIToR...v EL AUToR...vi LISTA DE EJEMPLoS... xiv CoNTENIDo PáGINA WEB... xv CóDIGo WEB... xvii PRóLoGo... xix CAPÍTULO 1 Conceptos básicos Introducción Qué es un Sistema Embebido? Conceptos básicos de programación en Alto Nivel Qué es un compilador? Qué es un interpretador? Estructura y pasadas de un compilador Tiempo de compilación vs. tiempo de ejecución De dónde viene el ANSI C? Forma general de un proyecto en C Periféricos más comunes en Sistemas Embebidos Puertos de entrada/salida y Función KBI Conversor analógico a digital (ADC) Computador operando apropiadamente (CoP) Detector de bajo nivel de voltaje (LVI) Temporizador (TIMER) Comunicación serial asincrónica (SCI) Comunicación serial sincrónica (SPI) Comunicación serial I2C Interrupciones en Sistemas Embebidos Microcontrolados El Concepto de Interrupción Cómo trabaja el procesador ante una interrupción? Cambio de contexto...40
2 viii Contenido 1.7 Latencia de interrupción Zonas críticas de software Herramientas para Diseño Embebido en el mercado Herramientas para Microchip TM Herramientas para Renesas TM Herramientas para Texas Instrumens Herramientas para Freescale TM Herramientas utilizadas en los ejemplos...48 RESUMEN DEL CAPÍTULo...62 PREGUNTAS DEL CAPÍTULo...63 CAPÍTULO 2 Arquitectura básica de microcontroladores para sistema embebidos Introducción Arquitectura RISC (Harvard) Microchip de 8 bits Componentes básicos de la arquitectura Microchip TM Modos de direccionamiento Microchip TM Mapa de memoria Microchip TM del PIC16F877A Características del microcontrolador PIC16F877A Fuentes de interrupción del microcontrolador PIC16F877A Arquitectura CISC (Von Newman) Freescale TM de 8 bits Modelo de programación Freescale TM HC(S) Modos de direccionamiento Freescale TM HC(S) Mapa de memoria del microcontrolador AP16A Características del microcontrolador AP16A Fuentes de interrupción del microcontrolador AP16A...96 RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJEMPLoS SUGERIDoS CAPÍTULO 3 Ambiente típico de compiladores para sistemas embebidos Introducción El manejador de Proyectos (IDE) Introducción al compilador CCS para Microchip TM Creación de proyectos embebidos usando el ambiente CCS Familiarización con el IDE del CCS Introducción al compilador Codewarrior de Freescale TM Programación de sistemas embebidos en c - gustavo galeano
3 I X Creación de proyectos embebidos en C usando Codewarrior Familiarización con el IDE de Codewarrior El primer programa embebido en C usando Codewarrior RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJEMPLoS SUGERIDoS CAPÍTULO 4 Conceptos de programación embebida en C Introducción Ventajas y desventajas del C usado en Sistemas Embebidos Programación embebida vs. programación para PC Constantes y variables Constantes Variables Tipos de datos char en Codewarrior (o int8 en CCS) int en Codewarrior (o int16 para CCS) long en Codewarrior (o int32 para CCS) float (en Codewarrior y en CCS) Cómo elegir un tipo de variable en un sistema embebido? Modificadores a tipos de datos comunes en Sistemas Embebidos El modificador unsigned El modificador signed El modificador volatile El modificador near El modificador for El modificador register El modificador const El modificador static El modificador extern Moldes o Casting para variables y constantes RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS DEL CAPÍTULo CAPÍTULO 5 Directivas de compilación y operadores Introducción
4 x Contenido 5.1 Directivas más comunes del preprocesador Macro o equivalencia #define Inclusión de archivo de cabecera #include Notificación de error al compilar #error Notificación de precaución al compilar #warning Directiva #line Compilación condicional #if, #elif, #else, #endif, #ifdef y #ifndef Directiva #undef Directiva #pragma Medida en bytes de expresiones sizeof Definiciones de tipo typedef operadores aritméticos operadores relacionales operadores de Comparación cuantitativa: <, >,<=,>= operador de igualdad: ==,!= operadores lógicos booleanos El operador (or) El operador && (AND) El operador! (NoT) operadores orientados a BIT El operador (or Bit a Bit) El operador & (AND bit a bit) El operador ~ (NoT bit a bit ) El operador ^ (or exclusiva o XoR) Los operadores >> y << (Desplazamiento) Los operadores de APUNTADoR & y * Declaración de variables tipo apuntador Precedencia y asociatividad RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS DEL CAPÍTULo CAPÍTULO 6 Funciones y sentencias de control Introducción Funciones en C para Sistemas Embebidos Prototipo de una función El concepto de paso de argumentos a función Programación de sistemas embebidos en c - gustavo galeano
5 xi Paso de argumentos por valor Archivos de cabecera (.H) Paso de argumentos por referencia Sentencias de control La sentencia if.. else La sentencia do... while La sentencia while La sentencia for La sentencia switch La sentencia break La sentencia continue La sentencia goto Mezcla de C con lenguaje ensamblador en Sistemas Embebidos Recursividad en Sistemas Embebidos Arreglos (ARRAyS) de datos Arreglos unidimensionales Cadenas de datos strings Arreglos multidimensionales Estructuras struct y uniones union Estructuras de bits Apuntadores a funciones Manejo de interrupciones en Sistemas Embebidos desde C Configuración de interrupciones en Codewarrior Convenciones útiles de programación embebida en C Sobre la distribución del código fuente Sobre los nombres de funciones Sobre las variables y apuntadores Sobre las constantes Sobre los paréntesis y corchetes RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJERCICIoS PRoPUESToS CAPÍTULO 7 Librerías estándar en C para sistemas embebidos Introducción Qué es una librería ANSI C? Librería matemática <MATH.H>
6 xii Contenido 7.3 Librería estándar <STDLIB.H> Librería estándar de entrada/salida <STDIo.H> Librería de manejo de cadenas <STRING.H> Librería de tipos <CTyPE.H> Librería de manejo de tiempo <TIME.H> RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJERCICIoS PRoPUESToS CAPÍTULO 8 Bajo consumo de energía en sistemas embebidos Introducción La ecuación de consumo de energía Modo WAit Modo StoP Modo Stop Modo Stop Modo Stop otros modos de bajo consumo Modo Low Power Run (LPrun) Modo Low Power Wait (LPwait) Consideraciones en el diseño de un Sistema Embebido RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJERCICIoS PRoPUESToS CAPÍTULO 9 El Processor Expert TM para sistemas embebidos Freescale TM Introducción PRoCCESSoR ExPERt TM El Concepto del bean Librería de BEANS Creación de proyectos usando el Processor expert Ventanas del proyecto con Processor expert La ventana bean inspector La ventana bean selector La ventana target CPU Programación de sistemas embebidos en c - gustavo galeano
7 xiii 9.6 Creación de beans en Processor expert Creación de un bean plantilla Uso del bean Wizard Consideraciones sobre el uso del Processor expert RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJERCICIoS PRoPUESToS CAPÍTULO 10 Sistemas operativos de tiempo real para sistemas embebidos Introducción Qué es un sistema operativo de tiempo real? Terminología básica sobre RToS Tareas (task ó thread) Recursos (resources) Eventos (events) Semáforos (semaphores) Mensajes (message mailbox) Bloques de Memoria (buffers) Reloj y Timers (clock tick & timers) Kernel Sistema de LooP consecutivo/interrupción Diseño del Loop principal Archivo de cabecera TareaX.H Archivo código fuente TareaX.C Manejo de prioridades Sistema RToS UC/oS-II de Micrium Consideración para la implementación del uc/os-ii Manejo de las secciones críticas de software en uc/os-ii Portado del uc/os-ii para el AP16A RESUMEN DEL CAPÍTULo PREGUNTAS y EJERCICIoS PRoPUESToS ANEXo No. 1 Tabla ASCII ANEXo No. 2 Librerías de funciones estándar del C GLoSARIo BIBLIoGRAFÍA
8 xiv Contenido lista DE EjEMPlOS EJEMPLo 1. Encendido de Led en lenguaje de máquina EJEMPLo 2. Encendido de led Microchip TM en C EJEMPLo 3. Encendido de led Freescale TM en C EJEMPLo 4. Declaración y uso de constantes en C EJEMPLo 5. Usos y efectos del modificador volatile EJEMPLo 6. Usos y efectos del modificador near EJEMPLo 7. Usos y efectos del modificador far EJEMPLo 8. Usos y efectos del modificador register EJEMPLo 9. Uso del modificador static EJEMPLo 10. Uso del modificador extern EJEMPLo 11. Uso de operadores lógicos AND y or EJEMPLo 12. Uso de operadores desplazamiento EJEMPLo 13. Paso de argumentos por valor EJEMPLo 14. Paso de argumentos por referencia EJEMPLo 15. Uso de la sentencia if..else EJEMPLo 16. Uso de la sentencia do...while EJEMPLo 17. Uso de la sentencia while EJEMPLo 18. Uso de la sentencia for EJEMPLo 19. Uso de la sentencia switch EJEMPLo 20. Mezclando lenguaje C y ensamblador EJEMPLo 21. Acceso a arreglos de datos EJEMPLo 22. Declaración y manejo de estructuras EJEMPLo 23. Estructuras de bits en C EJEMPLo 24. Apuntadores a funciones EJEMPLo 25. Base de tiempo real EJEMPLo 26. ángulos de inclinación en grados EJEMPLo 27. Localización dinámica de memoria EJEMPLo 28. La calculadora serial EJEMPLo 29. Manejo de display LCD EJEMPLo 30. Manejo de cadenas EJEMPLo 31. El reloj de bajo consumo EJEMPLo 32. Uso básico del Processor Expert TM EJEMPLo 33. Creación básica de beans EJEMPLo 34. Escritura y lectura de memoria E2PRoM EJEMPLo 35. Alarma de intrusión EJEMPLo 36. Manejo de RToS uc/os-ii Programación de sistemas embebidos en c - gustavo galeano
9 xv Capítulo 1 CONTENIDO PáGINA web Información sobre el sistema ICD-U Información sobre las herramientas para Freescale TM...48 Información en formato PDF sobre el AP-Link...50 información en formato PDF sobre el PiC-Link...56 Capítulo 2 Hojas de datos del Microcontrolador PIC 16F877A...83 Especificación más completa microcontrolados AP16A en el documento CPU08RM Freescale Hoja de datos del procesador Freescale MC68HC908AP16A Código fuente: encendido de led en lenguaje maquina, para Freescale TM Capítulo 3 Video explicativo sobre creación de proyectos usando compilador CCS Información adicional sobre el manejo del compilador CCS Código fuente: encendido de led en C, para Microchip Video explicativo sobre encendido de led Microchip Video explicativo para crear proyectos en Codewarrior Video explicativo sobre el manejo del IDE del Codewarrior Código fuente: encendido de led en C, para Freescale TM Capítulo 4 Código fuente: declaracion y uso de constantes, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente: uso del modificador volatile, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente: uso del modificador near, para Freescale TM Código fuente: uso del modificador far, para Freescale TM Código fuente: uso del modificador register, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente: uso del modificador static, para Freescale TM y Microchip TM Codigo fuente: uso del modificador extern, para Freescale y Microchip Capítulo 5 Código fuente: uso de operadores AND y or, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente: uso de operadores desplazamiento, para Freescale TM y Microchip TM Capítulo 6 Código fuente, paso de argumentos por valor, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, paso de argumentos por referencia, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, uso de la sentencia if...else, para Freescale TM y Microchip TM
10 xvi Contenido páginas Contenido Web Código fuente, uso de la sentencia do...while, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, uso de la sentencia while, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, uso de la sentencia for, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, uso de la sentencia switch, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, mezclando C y ensamblador, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, acceso a arreglos de datos, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, manejo de estructuras, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, estructuras de bits en C, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, apuntadores a funciones, para Freescale TM y Microchip TM Código fuente, base de tiempo real, para Freescale TM y Microchip TM Capítulo 7 Lista de funciones de la librería <math.h> en el Anexo # 2, y explicación de cada función Información y hoja de datos del acelerómetro de Freescale TM MMA7260Q Información y hojas de datos de los componentes del acelerómetro MMA7260Q de Freescale Código fuente: angulos de inclinación en grados, para Freescale TM Lista de funciones de la librería <stdlib.h> en el Anexo # 2, y explicación de cada función Código fuente: localización dinámica de memoria, para Freescale Lista de funciones de la librería <stdio.h> en el Anexo # 2, y explicación de cada función Código fuente: la calculadora serial, para Freescale TM y Microchip TM Lista de funciones de la librería <string.h> en el Anexo # 2, y explicación de cada función Código fuente: manejo de display LCD, para Freescale TM y Microchip TM Lista de funciones de la librería <ctype.h> en el Anexo # 2, y explicación de cada función Código fuente: manejo de cadenas, para Freescale TM y Microchip TM Lista de funciones de la librería <time.h> en el Anexo # 2, y explicación de cada función Capítulo 8 Codigo fuente: el reloj de bajo consumo, para Freescale TM Información sobre los modos de bajo consumo de los procesadores HC(S)08 y Flexis TM Capítulo 9 Uso básico del Processor Expert: simulación y proyecto completo para Freescale (AP-Link) Escritura y lectura memoria E2PRoM: simulación y proyecto completo para Freescale (AP-Link) Capítulo 10 Alarma de intrusión: proyecto completo para Freescale (AP-Link) y Microchip (PiC-Link) Manejo de RToS uc/os-11: proyecto completo para Freescale (AP-Link) y Flexis Anexo No. 2 Información adicional y explicación de las funciones de cada librería estándar del C Programación de sistemas embebidos en c - gustavo galeano
11 xvii CÓDIGO web Para tener acceso al material de la página Web de apoyo del libro Programación de sistemas embebidos en C, teoría y prácticas aplicadas a cualquier microcontrolador : 1. Ir a la página 2. Registrarse como usuario del sitio. 3. Ingresar al apartado de inscripción de libros y registrar la siguiente clave de acceso: 4. Para navegar en la plataforma virtual de recursos del libro, usar los nombres de Usuario y Contraseña definidos en el punto número dos.
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