A disciplina EA701, de 6 créditos, foi projetada para expandir os conceitos da EA869 (Introdução a Sistemas de Computação) para o campo dos sistemas embarcados. Além disso, visa preparar os alunos para o desenvolvimento de projetos na EA801 (Laboratório de Projetos de Sistemas Embarcados). Durante o curso, exploraremos os refinamentos dos conceitos básicos através das tecnologias atuais, utilizando um microcontrolador da arquitetura ARM.

• Período Letivo: 01/08/2024 a 30/11/2024
• Local: LE-30

O acesso ao LE-30 é permitido para os alunos fora dos horários de aula, mediante identificação na entrada do Bloco E. Antes de sair do laboratório, favor desliguem TODOS os equipamentos sobre as bancadas e arrumem a bancada utilizada. Se forem os últimos, fechem as janelas, desliguem o ar condicionado, e apaguem as luzes.

Seguem-se algumas boas práticas para uso compartilhado das bancadas:

• Trabalhar somente na sua sub-pasta (workspace) C:\Users\ea701\RA. Não deixar os arquivos espalhados em outras pastas, principalmente na Área de Trabalho.
• Ao abrir STM32CubeIDE certificar se está entrando mesmo na sua área de trabalho (workspace).
• Fazer sempre uma cópia do conteúdo importante da sua sub-pasta para evitar perda de dados.

Haverá manuntenção periódica das máquinas que será avisada previamente. Arquivos podem ser removidos.
Ajude-nos manter as bancadas operantes em 24 horas. Quando identificar algum problema nas bancadas, avise o monitor ou o suporte.

Ementa

Linguagem para programação de microcontroladores. Estruturas de dados elementares. Entrada e saída paralela, serial e analógica. Varredura e interrupção. Temporizadores. Conversão A/D e D/A. Sensores e atuadores. Introdução ao projeto de processadores dedicados. Linguagem de descrição de hardware.

1. Sistemas embarcados: definição; características; tecnologias e aplicações. Apresentação do IDE e da plataforma de hardware. Microcontroladores: arquiteturas; processadores; barramentos; memória e periféricos. Ferramentas de desenvolvimento (IDE, programadores e depuradores).
2. Introdução à programação em linguagem C: tipos de dados e modificadores; ponteiros, macros; definições e diretivas; laços; desvios condicionais e funções. Técnicas de depuração.
3. Memórias: tecnologias; mapeamento e segmentação; alinhamento e ordenação de bytes e estruturas de dados elementares. Acesso e manipulação com C.
4. Interfaces paralelas: representação física dos bits; características dos sinais físicos; tipos de entrada e saída; condicionamento de sinais; sincronismo e data skew. Configuração, uso e programação de portas de entrada e saída de propósito geral em C; boas práticas para minimizar data skew.
5. Interrupção e varredura: sinais digitais e detecção de eventos; conceitos de polling, exceções e interrupções; tipos de interrupções e prioridades; mecanismos de tratamento (ciclo de interrupção, rotinas de serviço e uso de pilhas); latência de interrupção; concorrência e regiões críticas. Configuração de interrupções em microcontroladores, suas aplicações e boas práticas para proteger regiões críticas e aumentar a responsividade.
6. Comunicação serial: conceitos e tipos (síncrona e assíncrona); sincronismo de dados e sincronização de tempo; integridade e controle de fluxo; uso de buffers FIFO e interrupções na comunicação; protocolos UART, SPI e I2C. Configuração e aplicação de periféricos de comunicação serial em microcontroladores.
7. Temporizadores: estrutura e princípios de operação; mecanismos de exatidão e precisão; recursos de segurança; geração de interrupções periódicas; temporizadores dedicados: modulação por largura de pulso (PWM), captura de eventos (Input Capture), geração de eventos (Output Compare), contadores de pulsos externos, relógio de tempo real (RTC), temporizadores de segurança (Watchdog). Configuração e aplicação de temporizadores em microcontroladores.
8. Conversores digital-analógicos (D/A) e analógica-digitais (A/D): domínios analógicos e digitais; amostragem e quantização; princípios de conversão; integração de domínios analógicos e digitais; arquiteturas de conversores D/A e A/D; métricas de desempenho; interface analógica; uso de buffers FIFO e interrupções na conversão. Configuração e aplicação de conversores D/A e A/D em microcontroladores.
9. Controlador de DMA (Acesso Direto à Memória): princípio; tipos de controladores; modos de operação. Configuração e aplicação de DMA para periféricos em microcontroladores.
10. Sensores e Atuadores: princípios de funcionamento; tipos analógicos e digitais; condicionamento de sinais; circuitos de interfaceamento com microcontroladores (ADC, DAC, PWM, GPIO, SPI, I2C); aquisição de dados e controle de atuadores. Integração de sensores e atuadores em sistemas embarcados.
11. Comunicação em sistemas embarcados e redes industriais: topologias física e lógica de redes; controle de rede e arbitragem de barramento; sincronização de tempo e sincronismo entre nós; estratégias para garantir determinismo, robustez, segurança, eficiência, integridade e confiabilidade. Configuração e aplicação de periféricos de comunicação determinística (como CAN) em microcontroladores.
12. Projeto de processadores dedicados: níveis de abstração de hardware; modelagem comportamental com máquinas de estados finitos (FSM); dispositivos de lógica programável (PLDs); linguagens de descrição de hardware, visuais (como captura esquemática) e textuais (como VHDL). Implementação de sistemas digitais dedicados utilizando VHDL.

A técnica adotada nesta disciplina é o Aprendizado Baseado em Problemas. Um problema é apresentado aos alunos, que têm 4 horas de aula para explorar os conceitos necessários para sua solução. Antes de se dedicarem às atividades práticas, os alunos consolidam os conceitos resolvendo questões de fixação no Moodle, com o apoio do texto do roteiro e das referências e dos instrutores presentes. Após a conclusão das atividades práticas dirigidas, os alunos são desafiados a propor uma variante da solução proposta.

Antes de iniciar um tópico, serão disponibilizados o roteiro e as questões conceituais e práticas relacionadas. O roteiro tem como objetivo fornecer uma visão geral dos conceitos fundamentais e orientar os alunos na consulta de manuais e folhas de dados para a realização das atividades práticas. Os alunos devem iniciar os projetos descritos no roteiro para estimular a curiosidade e a compreensão dos conceitos subjacentes.

As aulas começarão com uma breve introdução ao tópico. É essencial que, até 75% do total das horas de aula, os alunos compreendam os conceitos relevantes e completem as questões de fixação disponíveis no Moodle. Após essa etapa, os alunos devem iniciar as atividades práticas dirigidas, conforme detalhadas no roteiro, e responder às questões levantadas no roteiro através do Moodle. A solução dessas atividades contará com o suporte do PED/docente durante as aulas e do PAD/PED no plantão de dúvidas extra-classe. O prazo para a entrega das atividades práticas é de 8 horas antes da próxima aula.

• PED: Sérgio Valle dos Reis
• PAD: Melvin Gustavo Maradiaga Elvi, RA: 185068
• PAD: Gustavo de Souza dos Reis, RA: 217425

M = 0.1T + 0.4P + 0.5A,
onde T representa média dos questionários teóricos, P é a média dos questionários práticos, incluindo as tarefas de implementações, e A é a média das duas avaliações. Todos os questionários, tanto teóricos quanto práticos, devem ser realizados em grupos de até 2 pessoas. Eles devem ser respondidos através do Moodle. Cada uma das duas avaliações terá uma duração de 2 horas, correspondendo à metade do tempo de uma aula.

É imprescindível a presença nos horários da aula e a entrega dos questionários no prazo.

Serão aprovados os alunos que satisfizerem as duas condições:

• M > = 5.0 .
• as notas finais dos questionários superiores a 3.0.

Exame Final

O exame final cobrirá todos os tópicos abordados durante a disciplina.

• Roteiros das aulas
• EDWARD A. LEE, SANJIT A. SESHIA. Introduction to Embedded Systems, A Cyber-Physical Systems Approach, Second Edition, MIT Press, ISBN 978-0-262-53381-2, 2017. Parte II.
• Processador
• Arm®v7-M Arcitecture Reference Manual
• Technical Reference Manual ARM® Cortex®-M7 Processor
• STM32F7 Series and STM32H7 Series Cortex®-M7 processor programming manual
• Microcontrolador
• STM32H7A3xI/G: Datasheet
• Reference Manual: STM32H7A3/7B3 and STM32H7B0 (AN3371 - RTC)
• Placa de desenvolvimento
• Esquemático Nucleo144 H7 SMPS with STLINK V3
• User Manual: STM32H7 Nucleo-144 boards
• Placa de Expansão
• Esquemático da Placa de Expansão
• Manual da Placa de Expansão
• IDE
• User Manual: STM32CubeIDE installation guide/Apostila de Instalação
• User Manual: STM32CubeIDE user guide
• Description of STM32H7 HAL and low-layer drivers
• Linguagem C
• Referência Comparativa Rápida entre Python e C para Sistemas com Recursos Limitados
• Quick Reference Guide for C language
• Interactive C Tutorial
• Referência Comparativa Rápida entre Python e C para Sistemas com Recursos Limitados
• Quick Reference Guide for C language
• Interactive C Tutorial
• VHDL
• RTL Hardware Design using VHDL
• VHDL Tutorial: Learn by Example
• Datasheet
• Transceiver de CAN MCP2551
• Display Nokia 5110
• EEPROM 24LC16
• Sensor de movimentos MPU-6065: Datasheet; Manual de Referência
• Potenciômetro 10K
• Sensor de temperatura LM61
• Joystick
• Keypad de Membrana
• Bluetooth HC06
• Motor DC 5V 7700RPM 24mm
• Ponte H L298
• OpenAI - ChatGPT

Última modificação: Qui Ago 1 17:10:24 -03 2024

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