Cap. 1. Introducción a la Arquitectura de Dispositivos Móviles

Transcripción

1 Presentación Cap. 1. Introducción a la Arquitectura de Dispositivos Móviles Escuela Superior de Cómputo IPN. Departamento de Posgrado Dr. Julio Cesar Sosa Savedra jcsosa@ipn.mx

2 Contenido 1. Introducción. 1.1 Qué es cómputo Móvil? 1.2 Sistemas embebidos 1.3 Tecnología de C.I. 1.4 Tecnología de procesadores 1.5 Arquitectura de un sistema móvil 1.6 Arquitectura de computadores 1.7 Metodología de diseño

3 1.1 Que es cómputo móvil 1.1 Qué es cómputo móvil? Es el conjunto de dispositivos y equipos portátiles, que hacen uso de la computación para lograr una función específica. Fases o evolución del cómputo móvil: 1. Hacer computadoras o equipos lo suficientemente pequeñas como para que puedan ser fácilmente transportadas. 2. Reemplazar a los cables de comunicación, por medios inalámbrica de comunicación. 3. Manejo eficiente de la energía (autonomía). 4. Una combinación de las dos primeras, es decir, de utilizar dispositivos móviles en un entorno inalámbrico, permitiendo conexiones en tiempo real entre los dispositivos móviles y otros ambientes de computadora.

4 1.1 Que es cómputo móvil Convergence of connected mobile computing

5 1.1 Que es cómputo móvil

6 1.1 Que es cómputo móvil

7 1.2 Sistemas embebidos 1.2 Sistemas embebidos Surgen de la necesidad de realizar control automático y procesamiento digital de señales Es un sistema computacional conformado por hardware y software, pero con restricciones de recursos. Puede ser un producto final o puede ser sólo una parte (incrustado) de un sistema más complejo, el cual puede incluir partes mecánicas y electrónicas. Esta diseñado para realizar una o varias funciones muy específicas, por lo tanto: Su diseño debe ser optimizado para reducir costo y espacio. Debe contener sólo los recursos de hardware suficientes para cumplir con los requerimientos de funcionalidad de la aplicación.

8 1.2 Sistemas embebidos Funcionalidad dedicada: Características: Ejecuta un solo programa, repetidamente. Ejecuta un conjuntos de programas para una aplicación específica Restricciones: Bajo costo Bajo consumo Pequeños Rápidos Deben reaccionar continuamente a los cambios del entorno del sistema. Los sistemas embebidos modernos contienen: Hardware similar a una computadora: up, memoria, elementos de ent/sal. Software de aplicación Un sistema operativo de tiempo real (RTOS).

9 Arquitectura típica 1.2 Sistemas embebidos Un sistema inmerso típico observa (mediante sensores) y realiza una acción de control (mediante actuadores). Control (Output) Motor/Luz Procesador Bus Sistema Observa (Input) Sensor de Temperatura Mem

10 Aplicaciones: 1.2 Sistemas embebidos

11 1.2 Sistemas embebidos Diseño Para el diseño, es necesario considera varios factores: Aplicación Costos Capacidad de cómputo Cubrir una necesidad especial de cómputo Especificaciones de tiempo real Confiabilidad Consumo de energía Tecnologías: Tecnología de C.I. Tecnología de procesadores Tecnología de Diseño (Herramientas de software)

12 1.3 Tecnología de C. I. Tecnología de C.I. Full-custom o VLSI: Actualmente es posible integrar en un solo circuito todos los componentes de un sistema Diseño de sistemas en un chip (SoC) Semi-custom o ASIC: Diseños a partir de librerías Procesadores de propósito general (Hard-core) Procesadores de propósito específicos (Cores) Periféricos Diseño de sistemas en un chip (SoC)

13 1.3 Tecnología de C. I. Diseño con Dispositivos Lógicos Programables (PLD): SPLD, CPLD y FPGA Es posible desarrollar un sistema en un FPGA Hard-core Soft-core Periféricos Mega-funciones IP Diseño de Sistema en un Chip Programable (SoPC) Diseño con circuitos integrados independientes: Es posible que diferentes etapas del sistema estén en diferentes circuitos integrados Microcontraladores Controladores para periféricos

14 Tecnología de C.I. 1.3 Tecnología de C. I. Tiempo de diseño Hardware ASIC VLSI PLD s Software FPGA Microcontrolador DSP Microprocesador Rendimiento

15 Tecnología de C.I.: SoC 1.3 Tecnología de C. I.

16 Tecnología de C.I.: SoPC 1.3 Tecnología de C. I. I n t e g r a c i ó n Evolución de los diseños

17 1.4 Tecnología de procesadores Tecnología de procesadores Procesadores de propósito general: Microprocesadores Hard-core Soft-core Procesadores para aplicaciones específicas: Microcontroladores Hard-core DSP Procesadores para un único propósito Coprocesadores, procesador gráfico Controladores para periféricos, memoria, bus. CODEC JPEG, MPEG

18 1.4 Tecnología de procesadores Consumo Desempeño Procesadores FFT Procesadores MPEG Procesadores FIR Procesador para un único Propósito VLSI Cores Procesadores Gráficos Procesadores periféricos Procesadores de Redes Procesador para Aplicaciones Específicas Microcontroladores Hard-core DSP Estaciones de trabajo PC Sistemas inteligentes Procesadores de Propósito General Microprocesadores Hard-core Soft-core Facilidad de implementación

19 1.4 Tecnología de procesadores Características a considerar para su elección: Aplicación y/o requerimientos Habilidades para tratar algoritmos complejos MIPS Frecuencia de reloj Ancho de palabra Conjunto de instrucciones

20 1.5 Arq. de un dispositivo móvil Arquitectura general de un disp. móvil Arq. básica de un sistema celular

21 1.5 Arq. de un dispositivo móvil Etapas que conforman la arquitectura: Sistema de RF. Etapa Analógica a Digital Etapa Digital DSP Microcontrolador ASIC Interfaces de E/S Otros componentes

22 1.5 Arq. de un dispositivo móvil Batería Memoria Manejo de periféricos/ HMI Arquitectura de un dispositivo móvil Módulo audio Sistema Operativo DSP Módulo RF

23 1.5 Arq. de un dispositivo móvil Las crecientes exigencias para acceder desde un ambiente móvil a diferentes servicios computacionales han motivado al desarrollo de sistemas convergentes con funciones multimedia y conectividad a redes inalámbricas. Para responder a los requerimientos distintas arquitecturas para sistemas embebidos han sido propuestas, todas orientadas a ofrecer un alto desempeño, en el procesamiento de datos multimedia en tiempo real, manejo eficiente de la energía, tamaño pequeño y baja complejidad en el diseño. En la actualidad el diseño va orientado en integrar en un solo chip (SoC System-on-Chip) diferentes módulos de hardware. Esta tendencia implica nuevos retos para los diseñadores. Se abren las puertas a una nueva tendencia de diseño, el System-on-a- Programmable-Chip SoPC.

24 1.5 Arq. de un dispositivo móvil

25 1.6 Arq. de computadores CPU U. Procesadora U. Control Registros BUS ALU Computador U. Memoria U. de E/S RAM ROM Programa

26 1.6 Arq. de computadores CPU ALU UNIDAD de ENTRADA UNIDAD de CONTROL UNIDAD de SALIDA UNIDAD de MEMORIA

27 1.6 Arq. de computadores El avance tecnológico a permitido: Ancho de palabra: Paralelismo. Señal de reloj de entrada: Velocidad de ejecución. Nivel de integración de unidades funcionales: Reduciendo las distancias y señales entre ellos. Avances en arquitectura: Segmentación, escalabilidad (menos ciclos / Instrucción). Anchura del bus externo: Se aumenta el ancho de banda. Diseño con PLD s, desarrollando un sistema en un chip programable (SoPC)

28 1.6 Arq. de computadores Existen dos tipos básicos de arquitecturas: CISC y RISC 1. CISC: Los accesos a memoria están disponibles directamente en todos los tipos de instrucciones. La cantidad de modos de direccionamiento es sustancial. Los formatos de instrucción son de diferente longitud. Las instrucciones ejecutan operaciones complejas y elementales. LA META DE ESTA ARQUITECTURA: Programas compactos y conservación de memoria.

29 1.6 Arq. de computadores 2. RISC: Los accesos a memoria se restringen a instrucciones de carga y almacenamiento. Las instrucciones de manipulación de datos son de registro a registro. Los modos de direccionamiento son limitados. Los formatos de instrucción son de la misma longitud. Las instrucciones ejecutan operaciones elementales. LA META DE ESTA ARQUITECTURA: Alto rendimiento y rápida ejecución.

30 1.6 Arq. de computadores En cuanto al tratamiento de la memoria se tiene:

31 1.6 Tipos de Arq. Diseñar un microprocesador en papel, el cual incluye: Unidad procesadora Unidad de control Unidad de memoria La bibliografia empleada es: Morris Mano Lógica digital y Diseño de Computadores Pearson-Prentice Hall