Sistema Embarcado 1: Introdução

Introdução

Hoje, no curso Introdução a Sistemas Embarcados, você aprenderá a definir o que é um microssistema e as regras que o definem.

Sommaire masquer

1 Introdução

1.1 O que é um sistema embarcado?

2 Os 7 princípios de um microssistema

3 O desempenho de um coração

O que é um sistema embarcado?

Esta é uma pergunta fundamental que você deve se fazer para chegar ao cerne da questão. Um sistema embarcado é definido como um sistema eletrônico e computacional autônomo, especializado em uma tarefa específica. Essa é toda a diferença em relação a um computador que não é dedicado a uma tarefa específica, mas sim multifuncional para ser útil à maioria das pessoas. Um computador, portanto, não é um sistema embarcado.

Em cursos de sistemas embarcados, frequentemente falamos sobre “System on Chip” ou SOC, que significa sistema em um chip em inglês. Há muitos termos em inglês em sistemas embarcados, mas uma tradução em francês será fornecida para cada termo. Neste curso, usaremos o termo microssistema para falar sobre System On Chip.

Um microsistema é composto por um processador, memória e um periférico.

Os 7 princípios de um microssistema

Aqui estão os 7 princípios para caracterizar um microssistema: 1. Um microsistema embarcado significa que ele está oculto. Na verdade, todos os objetos eletrônicos do dia a dia têm componentes eletrônicos integrados: torradeiras, aquecedores elétricos, micro-ondas, e ainda assim, em nenhum desses objetos você verá a placa eletrônica pelo lado de fora. 2. Ele só pode fazer uma tarefa. Por exemplo, uma torradeira só faz café. 3. Deve ser necessário e suficiente. Isso significa que seu chip eletrônico não deve ser superdimensionado para não aumentar os custos. O melhor microsistema é aquele que funciona e não custa muito. 4. Um microsistema deve consumir pouco. Na verdade, não queremos que a eletrônica seja o principal gasto energético, como um controle remoto por exemplo. 5. Deve ser bem pequeno. Não queremos que o cartão eletrônico dobre o tamanho da nossa torradeira, por exemplo. 6. Deve ser robusto para um ambiente exigente. Na verdade, o cartão eletrônico pode ser usado tanto no verão quanto no inverno e, portanto, deve suportar temperaturas muito altas ou muito baixas. Além disso, esses microssistemas devem respeitar as temperaturas do mercado para o qual serão vendidos:

Temperatura do mercado comercial: [0°C; 85°C]
Temperatura do mercado industrial: [-20°C; 125°C]
Temperatura do mercado espacial: [-40°C; 150°C]

7. Por fim, um sistema embarcado deve ser autônomo, ou seja, deve operar sem intervenção do usuário no próprio cartão eletrônico.

O desempenho de um coração

Se você estiver fazendo um projeto, certamente terá a opção de escolher entre vários microsistemas. Então você terá que compará-los para saber qual se adapta melhor ao que você quer. É por isso que vamos lhe dar critérios de comparação de desempenho:

O tamanho do barramento de dados

Existem vários tamanhos: 8; 16 ou 32 bits. Quanto maior o tamanho, mais rápido os dados podem ser comunicados.

Arquitetura do processador

Assim como os barramentos de dados, os processadores podem ter 8, 16 e 32 bits. Um processador de 32 bits será capaz de fazer mais cálculos do que um de 8 bits no mesmo período de tempo.

Coprocessadores embarcados

Como visto anteriormente, um microsistema é dedicado a uma tarefa específica. Bom, é o mesmo que o processador, ele só vai poder fazer adições por exemplo. Por fim, podemos fazer com que o processador execute um loop de adição ou subtração para emular a multiplicação ou divisão.

Entretanto, para multiplicações maiores, o processador pode levar algum tempo para calcular. É por isso que adicionamos um coprocessador que será usado para uma tarefa específica, em particular multiplicação, se necessário.

Antes de dar o próximo critério, veremos um conceito importante para microssistemas: uma instrução. É isso que o microsistema é solicitado a fazer. Por exemplo, uma adição pode corresponder a uma instrução. Para o próximo critério, calcularemos o número de tiques de clock que o microsistema leva para executar a instrução solicitada. Uma instrução é calculada em MIPS/MHz, o que significa o número de instruções executadas por tique de clock e Mega Hertz.

O rendimento

A eficiência de um processador é a capacidade do processador de executar uma série de cálculos em um tempo reduzido para um tique de clock.

Esse desempenho é dado pelos fabricantes desses processadores. Então vamos dar um exemplo para você entender melhor:

Microchip Chip:

8 bits
0,25 MIPS/MHz
Frequência máxima: 40 MHz

Aqui podemos ver o chip Microship de 8 bits a 0,25 MIPS/Mhz. Isso significa que serão necessários 4 tiques de clock para executar uma instrução.

Além disso, uma frequência máxima é indicada. Veremos logo para que serve.

A frequência máxima de operação

A frequência máxima de um microssistema é a frequência na qual o processador opera em seu máximo para a tarefa dada. Entretanto, o processador nem sempre opera com esse valor, depende se a tarefa solicitada é significativa ou não significativa. Reduzir a frequência permitirá que o microsistema consuma menos energia.

Tomando nosso exemplo com o chip Microchip, temos 0,25 MIPS/MHz para uma frequência máxima de 40 MHz, o que dá 10 Mega instruções por segundo (0,25 * 40)

Os primeiros 5 critérios que vimos dizem respeito ao hardware. Agora veremos o último critério, que é um critério de software.

O compilador

Na eletrônica, os microssistemas são programados em linguagem C: é uma linguagem que permitirá controlar facilmente um cartão.

Entretanto, os microssistemas só entendem linguagem de máquina, ou seja, linguagem de montagem, e é por isso que precisamos de um compilador. O compilador transformará suas instruções em linguagem C em instruções binárias que podem ser entendidas pelo microsistema.

O compilador é um critério de qualidade, na verdade se o compilador gera 20 linhas de montagem ele é mais eficiente do que um que gera 30 linhas de montagem. Além disso, exigirá menos memória e, portanto, um custo menor. Podemos pedir ao compilador para compilar por tamanho, ou seja, o menor número possível de linhas de montagem, ou por velocidade, ou seja, que o programa deve ser executado rapidamente. Um possível compromisso é otimizar a velocidade sem ocupar muito espaço na linha de montagem.