Desarrollo de Herramientas de Programación de Alto Nivel y Aplicaciones de Conectividad y Almacenamiento para el Microcontrolador MSP430

Transcripción

1 Desarrollo de Herramientas de Programación de Alto Nivel y Aplicaciones de Conectividad y Almacenamiento para el Microcontrolador MSP430 Memoria presentada por Carlos Pablo Silva Lütty Comisión: Wolfgang Freund Grunewaldt Tomás Arredondo Vidal

2 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

3 Introducción El mercado de la microelectrónica Usos y aplicaciones La industria nacional Características y periféricos Microcontrolador MSP430

4 Microcontrolador MSP430 Ideal para aplicaciones de bajo consumo Capacidad de procesamiento digital y análogo Periféricos Integrados

5 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

6 Módulo de Relojes Relevancia de este módulo Fuentes y Señales de reloj Diseño de un Driver

7 Módulo de Relojes

8 Módulo de Relojes Por qué un driver? Reducción de código Tiempos de desarrollo Abstracción del hardware

9 Módulo de Relojes CLK_IE: Habilitar las interrupciones del módulo CLK_ID: Deshabilitar las interrupciones del módulo CLK_CF: Fijar en valor 0 el flag de falla del oscilador XT2_ON: Alimentar con Vcc el cristal XT2 de 8 [MHz] XT2_OFF: Quitar la alimentación del cristal XT2 SMCLK_DCO: SMCLK alimentado por el DCO SMCLK_XT1: SMCLK alimentado por el XT1 SMCLK_XT2: SMCLK alimentado por el XT2 MCLK_DCO: MCLK alimentado por el DCO MCLK_XT1: MCLK alimentado por el XT1 MCLK_XT2: MCLK alimentado por el XT2 MAX_DCO: DCO con frecuencia máxima MIN_DCO: DCO con frecuencia mínima ACLK_FREC: ACLK con frecuencia FREC en Hertz. Valores válidos para FREC: 32768, 16384, 8192, 4096 Init_Osc(); Alimenta con Vcc el cristal XT2 y espera hasta que la señal de reloj sea estable en amplitud y frecuencia. Set_DCO_4096_(DELTA) Fija la frecuencia del DCO a múltiplos de 4096 utilizando el timera en modo captura. Los rangos admitidos para DELTA están entre 20 y SMCLK_FREC: SMCLK con frecuencia FREC en Hertz. Valores válidos para FREC: 8M, 4M, 2M, 1M, 32768, 16384, 8192, 4096 MCLK_FREC: ACLK con frecuencia FREC en Hertz. Valores válidos para FREC: 8M, 4M, 2M, 1M, 32768, 16384, 8192, 4096

10 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

11 Bajo consumo de energía Aplicaciones de bajo consumo de energía Velocidad y rendimiento

12 Bajo consumo de energía FABRICANTE EXPERIMENTAL Por qué hay diferencias?

13 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

14 Comunicación serial asíncrona Generación de Tasas de Baudios no estándar

15 Comunicación serial asíncrona N N BRCLK baud _ rate UxBR 1 n n i 1 m i 0 baud _ rate BRCLK N BRCLK 1 UxBR n n 1 m i i 0 ERROR [%] baud _ rate BRCLK ( j 1) UxBR n i 1 0 m i ( j 1) 100% Modelo de programación lineal entera Variables: m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6 y m7. Función Objetivo: MINIMIZAR el Máximo error por bit en valor absoluto. Sujeto a: m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6 y m7 son binarios.

16 Comunicación serial asíncrona Contraste de resultados Complemento Solver

17 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

18 Memorias SD Tarjetas SD Protocolo SPI Módulo MSP430-SD Driver MSP430-SD Biblioteca I/O MSP430-SD

19 Memorias SD Tarjetas SD Memoria flash Bloques de 512 Bytes Seguridad, capacidad y desempeño Bus SD Bus SPI

20 Memorias SD Protocolo SPI Serial Sincrónico Cliente Servidor Orientado al Byte (8 cliclos) 2 líneas de comunicación 1 línea de control

21 Memorias SD Módulo MSP430-SD Se dispone de 3.3 [V], 5 [V] y GND común. La alimentación de la tarjeta SD debe ser controlada por el MSP430. Se debe proporcionar un bus SPI entre la MSP430 y la tarjeta SD. El MSP430 debe detectar la presencia o ausencia de una tarjeta SD. Se deben utilizar 2 Leds indicadores de lectura/escritura y error. Se debe proporcionar la protección necesaria para compatibilidad de hardware.

22 Memorias SD Módulo MSP430-SD

23 Memorias SD - Driver MSP430-SD CS señal de Chip Select del host a la tarjeta CLK señal de reloj del host a la tarjeta DataIn señal de datos del host a la tarjeta DataOut señal de datos de la tarjeta al host

24 Memorias SD - Driver MSP430-SD Escructura de los comandos Estructura de las respuestas

25 Memorias SD - Driver MSP430-SD Inicialización: Alimentar Vcc de la tarjeta SD con 3.3 [V]. Enviar 10 ráfagas de 8 ciclos de reloj. (80 ciclos) Fijar la señal CS en 0. Enviar el comando reset. (0x ) Esperar respuesta. (0x 01) Enviar comando de inicialización. (0x ff) Esperar respuesta. (0x 00)

26 Memorias SD - Driver MSP430-SD Lectura: Fijar el valor de la señal CS en 0. Enviar el comando de lectura. Esperar la respuesta 0x00. Esperar el data token 0x0fe. Leer 512 bytes de datos. Leer 2 bytes de CRC. Fijar el valor de la señal CS en 1.

27 Memorias SD - Driver MSP430-SD Escritura: Fijar el valor de la señal CS en 0. Enviar el comando de escritura. Esperar la respuesta 0x00. Enviar el data token 0xfe. Enviar 512 bytes de datos. Enviar 2 bytes de CRC. Recibir la respuesta XXX00101 b Esperar que la tarjeta finalice la escritura internamente. Fijar el valor de la señal CS en 1.

28 Memorias SD - Biblioteca I/O bloques de datos condicionan las operaciones de lectura y escritura a 512 bytes consecutivos. Open, Close, Seek, Read y Write. Suponer que el bloque actual es el 4 y que el offset dentro del bloque es 348, esto es se requieren leer 1692 bytes.

29 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

30 Bridge WiFi / RS-232

31 Bridge WiFi / RS-232 MSP430 BRIDGE PC

32 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

33 Aplicación Almacenamiento masivo de datos Centralización de la información Disponibilidad de los datos MSP430 + SD + Sensores + Actuadores Servidor: Base de datos + Cliente TCP Módulo WiFi

34 Aplicación MSP430

35 Aplicación Plataforma de Gestión

36 Esquema de la presentación Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones

37 Resultados de este trabajo Se creó un driver que maneja el módulo de relojes del microcontrolador MSP430 que permite a los usuarios abstraerse del uso de los registros y acelera los tiempos de desarrollo. Se documenta el uso de los modos de bajo consumo de energía. Se realizó un modelo de programación lineal entera que minimiza el error de transmisión y recepción de la comunicación serial asincrónica. El modelo se deja en formato Excel para su utilización con el complemento Solver.

38 Resultados de este trabajo Se desarrolla un driver de hardware y de software para el almacenamiento de datos en una memoria SD. Adicionalmente se desarrolla una biblioteca de entrada/salida para el uso de memorias SD que permita a los usuarios trabajar en alto nivel, sin necesidad que conozcan el funcionamiento interno de las memorias SD. Se desarrolló el driver necesario para controlar un Bridge RS-232 a WiFi con el microcontrolador MSP430. Se desarrollo en JAVA una plataforma de gestión que permite ilustrar la conectividad del microcontrolador MSP430 con bases de datos.

39 Conclusiones Dada las características del microcontrolador MSP430, se puede decir que éste cumple con las exigencias de la industria actual, permitiendo realizar tareas de carácter análogo o digital, ya sea en aplicaciones de control o telemetría. Se mostró con este trabajo que el microcontrolador MSP430 puede ser utilizado en aplicaciones que requieran almacenamiento masivo de información, ya sea de manera local (en el sistema embebido) o remota (una base de datos externa), a través de una conexión a Internet, ya sea cableada o inalámbrica.

40 Conclusiones Se puede resumir que el microcontrolador MSP430 cumple con los requisitos de conectividad, bajo consumo y capacidad de almacenamiento que lo posicionan como uno de los microcontroladores más utilizados en el mundo entero para tareas que requieran bajo consumo de energía.

41 Consultas Introducción Microcontrolador MSP430 Módulo de relojes Bajo consumo de energía Comunicación serial asíncrona Memorias SD Bridge WiFi / RS-232 Aplicación Conclusiones