Presentacion utilizada para el taller "Programacion de microcontroladores con lenguaje c" del decimo Congreso Internacional de Sistemas Computacionales (CISC X)

2.  Este taller presenta una introducción al
panorama actual tecnológico en
referencia a los microcontroladores;
arquitecturas, aplicaciones, modos de
programación, etc. La parte practica se
enfoca en la programación de
microcontroladores de 8 bits utilizando el
lenguaje de programación C (brevemente
se presentan otras opciones de
programación). Se utilizaran
microcontroladores y herramientas de
Freescale.

3.  ¿Qué son los microcontroladores?
› Características de los microcontroladores
 uC vs uP.
 Clasificacion de arquitecturas.
› Tipos de microcontroladores (y similares).
 8, 16, 32 bits.
 DSPs.

4.  Programando microcontroladores.
› Formas de programar un micro controlador
 Lenguaje ensamblador.
 Lenguajes de nivel medio a alto.
 Software corriendo sobre OS embebido.
› Conociendo el HCS08AC
› Practicas:
 Practica 1: GPIO.
 Practica 2: ADC.
 Practica 3: Timers.
 Practica 4: Puerto serial (SCI).

5. Objetivos:
 Describir la función de un
microcontrolador.
 Características generales de
arquitectura.
 Diferentes tipos de microcontroladores.

6.  También llamados:
SoC, controlador embebido, micro
computadora, etc...

7.  Electrodomesticos.
› Microondas, Lavadoras, Refrigeradores.
 Entretenimiento.
› Dispositivos portátiles multimedia.
› Televisores, Blue-Ray, Equipos de sonido, etc.
 Automotriz.
› Monitoreo y control de subsistemas.
› Infotainment.
 Industrial.
› Control de procesos.

8.  Un solo chip (hardware necesario para
funcionar minimo).
 Utilizados para control.
 Sus componentes son:
› Memoria.
› I/O.
› Nucleo de procesamiento.
› Perifericos.

9.  ROM:
› Programa, Constantes.
 RAM
› Programa en ejecución, Variables.

10.  Algunos de los periféricos mas comunes
en un microcontrolador son los
siguientes:
› Timer, GPIO, A/D, D/A, Comparador, PWM
› Controladores:
 LCD, Touchscreen, Teclado, comunicación
serial.

11.  Conexión entre los periféricos y el
exterior.
 Pueden tener múltiples funciones de
manera que se debe configurar cual
será la función de cada pin del chip.

12.  Lee y almacena datos.
 Realiza operaciones matemáticas básicas.
 Realiza operaciones lógicas (AND, OR, etc).
 Controla el flujo del programa.
 Conjunto de Instrucciones especifico.
 Modelo de programación especifico:
› Bits de status.
› Registros.
› Program Counter.
› Stack pointer.
 Núcleos propios (PPC, S12, XGATE,) o con
licencia (ARM, 8051).

13.  MPU. • MCU.
 Uso general. • Uso especifico.
 Mas potentes. • Todo en un chip.
• Módulos “ayudan”
al nucleo.

15.  Por tamaño del bus de datos:
› 4, 8, 16, 32 bits.
 Por el conjunto de instrucciones:
› CISC, RISC.
 Por el acceso a memoria:
› Harvard
› Von Neumann

16.  4-32 bits.
 Típicamente el tamaño del bus de datos
es también el tamaño de las
operaciones.
 El tamaño del bus de datos también es
relevante por que en combinación con
el modelo de programación nos dirá
cuanta memoria se puede accesar.

17.  CISC (Complex Instruction Set Computer).
› Instrucciones mas complejas.
› Instrucciones de tamaño variable.
› Se necesitan convertir primero a micro instrucciones.
› Mayor numero de ciclos por instrucción.
› Programas cortos.
 RISC (Reduced Instruction Set Computer).
› Instrucciones mas sencillas.
› Menos instrucciones.
› Idealmente un ciclo por instrucción.
› Pocos formatos de instrucciones con tamaño fijo.
› Programas largos.

18.  Harvard:
Instruction Data
memory CPU memory
 Von Neumann
CPU Data and
instruction
memory

19.  Bajo consumo de potencia.
 Mayor integracion.
 Grandes cantidades de memoria Flash.
 Mayor tamaño de bus.
 Multiples nucleos (Cortex A9, XGATE).

20.  Aplicaciones con baja demanda de
procesamiento.
 Ejemplo: Freescale HCS08ac60
› 40 MHz.
› Ahorro de potencia: wait mode, stop mode.
› 60KB Flash.
› 2KB RAM.

22.  Aplicaciones mas demandantes:
 Automotriz, Industrial.
 Mayor gama de protocolos de
comunicación:
› CAN, FlexRay, etc.
 Ejemplo: Freescale HCS12XEP100.

23.  S12X max frequency 50 Mhz
 Prioridad de interrupciones
programable.
 XGATE operando al doble de la
frecuencia del bus (hasta 100Mhz).
 1MB Flash.
 64KB RAM.

25.  Aplicaciones altamente demandantes.
› Power train (automotriz).
› Voice recognition.
› Networking.
› Multimedia.
› PDA.
 Ejemplo: OMAP44xx
› Full HD.
› 1 Ghz.

27.  Se estima que en el 2012 los dispositivos
con nucleos ARM desplazaran a intel del
mercado de las netbooks.
 http://www.youtube.com/watch?v=lrLa
1qTVf34

28.  Procesador digital de señales.
 Se puede definir como un
microcontrolador cuyo modelo de
programacion esta optimizado para
realizar un alto numero de MACs
(Multiply and Accumulate)
 Ejemplo:
› Texas Instruments TMS320C6472-700.

29.  6 megamodulos los cuales cuentan con:
› 32 Kbytes de cache L1 para datos.
› 32 Kbytes de cache L1 para programa.
› 608 Kbytes de cache L2 (unificado para datos y
programa).
› Un núcleo de DSP de alto rendimiento C64x+.
› DMA interno.
 64 canales de EDMA.
 Un controlador de memoria DDR2.
 768 Kbytes de RAM interna.
 33600 MMACS (Mega MAC por segundo)!!!!!!!!!

31.  Freescale. • Zilog
 Texas Instruments. • ST
 Microchip.
microelectronics.
 Atmel.
• NEC.
 Samsung.
• Fujitsu.
• NXP.
 Renesas.
• Toshiba.
 Infineon.
• Analog Devices.

32.  Periféricos e interfaces disponibles.
 Roadmap.
 Caracterizticas del microcontrolador:
› Consumo de potencia.
› Capacidades de procesamiento.
› Memorias.

34.  Lenguaje ensamblador.
 Lenguaje de alto nivel.
 Cargando un SO y programando sobre
este.

35.  El lenguaje ensamblador es un lenguaje de bajo nivel por
que hay una relación directa entre las instrucciones en
ensamblador y opcodes del lenguaje maquina.
 Cada núcleo tiene su propio conjunto de instrucciones y
modelo de programacion.
 Se recomienda utilizar lenguaje ensamblador cuando:
› Se quiere tener una relación directa entre software y hardware.
› Se tiene memoria de programa muy limitada.
› Aplicaciones criticas.
Desventajas: curva de aprendizaje pronunciada, dificil de
comprender, dificil de portar.

36.  Código sencillo de comprender y
codificar aun cuando no se ha
trabajado con el microcontrolador.
 Sencillo de migrar (si se codifica
adecuadamente).
 Se puede combinar con ensamblador (si
el compilador lo permite).
Desventajas: Entre mayor sea el nivel del
lenguaje mayor sera el overhead.

37.  Se recomienda cuando se tienen aplicaciones
demasiado grandes o cuya administración es
complicada.
 Se programa como si se estuviera programando una PC.
 Se utiliza el toolchain especifico de la plataforma para
compilar las aplicaciones (cross-compile).
 Se puede utilizar un NFS (Network File System) para facilitar
el debugeo.
 Algunos ejemplos: WinCE, Linux (varias distribuciones),
Android, ChromeOS, sistemas operativos en tiempo real.
Desventaja: El sistema operativo consume recursos
adicionales, se necesita contar con una version del
sistema operativo compatible con la plataforma (o
adaptarlo de otra).

39.  C es el lenguaje por excelencia para programación de
sistemas embebidos.
 Es un lenguaje de nivel medio-alto.
 Existen recomendaciones a seguir para programar
sistemas embebidos, es decir se recomienda solo usar un
subconjunto del lenguaje C.
 Ventajas:
› Al compilarse no dará un overhead demasiado grande.
› Soportado por la mayoría de las plataformas y compiladores.
› Es mas fácil programar código eficiente en c (que se convierta
en código eficiente en ensamblador) que ensamblador
eficiente.
› Altamente conocido.
 Desventajas:
› Los estándares del lenguaje (ANSI C, ISO 9899) no especifican
algunos detalles, estos pueden traer problemas.

40.  El codigo en C es compilado para
generar un codigo objeto.
 Todos los codigos objeto que se
compilan junto con un proyecto se
“acomodan” en memoria de acuerdo a
la informacion del Linker.

43.  Se debe evitar usar tamaños de datos
mayores al tamaño del bus de datos.
 Procurar usar unsigned.
 El punto flotante se debe utilizar solo
cuando sea estrictamente necesario.
 Los tamaños de datos NO están
completamente estandarizados se
recomienda definir nuevos tipos de
datos.

44.  Las variables volátiles (volatile) son
aquellas que se pueden modificar fuera
de la ejecución normal del programa
como es el caso de los registros.
 Las variables volatile no son suceptibles
a las optimizaciones del compilador, se
debe tener en cuenta cuando se
realizan operaciones que no tienen
efecto sobre ninguna parte del
programa.

45. Las herramientas a usarse en
este taller son:
Development kit
DEMO9S08AC60
IDE
Code warrior

46.  Evaluation kit
 Development kit
 Reference Design kit
 VirtuaLab

47.  Editor
 Compilador
 Ensamblador
 Linker
 Simulador
 Debugger

48.  Descargar la siguiente hoja de datos:
http://www.freescale.com/files/microcontr
ollers/doc/data_sheet/MC9S08AC60.pdf
?fpsp=1
 Revisar el overview ubicado al principio.
 Analizar el mapa de memoria.

49.  Descargue la siguiente guía de usuario:
http://www.freescale.com/files/microcontr
ollers/doc/user_guide/DEMO9S08AC60E_
UG.pdf?fpsp=1
 Ubicar donde están las conexiones de
los leds los push buttons y los switches.

50. 1. Desactivar el watchdog.
2. Configurar los pins donde están
conectados los LEDs como salidas.
3. Configurar los switches y los push
buttons como entradas.
4. Programar que los LED prendan cuando
se presionen los switches y/o push
button.

51.  Existen dos métodos para esperar a que
externamente se modifique el valor de un
registro:
› Polling: se pone una condicion en espera hasta
que el valor monitoreado cambie:
while (flag); /*cuando la bandera cambie a
1 continuara la ejecucion */
› Interrupciones: Se configura el sistema de
manera que cuando haya suceda el evento
esperado se llame la interrupción que le
corresponda a dicho evento.
 Cuando el evento esperado sucede se guarda el
contexto y se carga la dirección del vector de
interrupciones correspondiente en el PC.

52.  Configurar el ADC para que trabaje con
el potenciometro de la tarjeta y que
modifique el valor que se muestra en los
LEDs (toda la barra de LEDs).

53.  Configurar el clk para que trabaje a
20Mhz.
 Configurar los timer para que trabajen
con un tiempo de aproximadamente 1
micro segundo (primero manejar por
polling y después por interrupciones).
 Utilizando el timer configurado hacer
que un LED parpadee cada segundo.

54.  Configurar un canal del timer para
trabajar como PWM conectado a un
LED.
 Modificar la intensidad de la iluminación
del LED de acuerdo a la posición del
potenciómetro.

55.  Configurar el SCI para un baud rate de
9600.
 Configurar las interrupciones de manera
que cuando se reciba un dato se envie
y cada que se envie dicho dato se
prenda o apague un LED.
 Conectar el puerto serial del
microcontrolador al puerto serial de la
computadora.