INTRODUZIONE AI SISTEMI EMBEDDED

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1 1 INTRODUZIONE AI SISTEMI EMBEDDED DEFINIZIONE DI SISTEMA EMBEDDED SVILUPPO HW/SW DI SISTEMI EMBEDDED \ DEFINIZIONE DI SISTEMA EMBEDDED UN SISTEMA EMBEDDED È UN SISTEMA DI ELABORAZIONE (COMPUTER) SPECIALIZZATO INTEGRATO IN UN DISPOSITIVO FISICO IN MODO DA CONTROLLARNE LE FUNZIONI TITE UN APPOSITO PROGMA SOFTWARE DEDICATO 2

2 3 ALCUNI ESEMPI DI SISTEMA EMBEDDED TELEFONI CELLULARI (WAP, UMTS, ECC.); SOTTOSISTEMI INTELLIGENTI PER IL CONTROLLO DI FUNZIONALITÀ PARTICOLARI DI AUTO, TRENI O AEREI (AUTOMOTIVE). AD ESEMPIO SISTEMA ABS, SISTEMA DI CONTROLLO DEI TERGICRISTALLI, SISTEMA DI ESPULSIONE DEGLI AIRBAG, AUTORADIO, QUALUNQUE ALTRA COSA CHE FUNZIONI SUL VEICOLO DISPOSITIVI / SENSORI COLLEGATI IN RETE, PER L'AUTOMAZIONE DI UNA CASA (HOME AUTOMATION); RIPRODUTTORI DIGITALE DI SUONI PORTATILE, ES. FILE MUSICALI MP3; REGISTRATORI DIGITALE DI IMMAGINI; TELECAMERA EVOLUTE ACCESSIBILE VIA RETE; ΕLETTRODOMESTICI INTELLIGENTI (MACCHINA DA CAFFÈ; FRIGORIFERO; CONDIZIONATORE; ECC.) DISPOSITIVI DI AUTOMAZIONE DI MACCHINE INDUSTRIALI ECC. ECC. ALCUNI ASPETTI DISTINTIVI RISPETTO AD UN SISTEMA DI ELABORAZIONE TIPO PC LA FUNZIONE PRIMARIA DEL DISPOSITIVO CONTROLLATO È DIVERSA DA QUELLA DI UN GENERICO COMPUTER. LE FUNZIONI CONTROLLATE DAL COMPUTER INTEGRATO SONO PREDEFINITE A PRIORI (SONO EVENTUALMENTE MODIFICABILI, IN MODO CONTROLLATO, SOLO DAL PRODUTTORE) LA PARTE HARDWARE DEL SISTEMA È OTTIMIZZATA PER EVITARE SPRECHI (PARTI RIDONDANTI O NON USATE) E RIDURRE I COSTI DEL PRODOTTO, OGNI SISTEMA VIENE PROGETTATO IN MANIERA APPLICATION-SPECIFIC LA PARTE SOFTWARE DEL SISTEMA VIENE ESEGUITA DA UNO O PIÙ PROCESSORI E PUÒ ESSERE PIÙ O MENO SOFISTICATA A SECONDA DELLA COMPLESSITÀ E DEL NUMERO DELLE FUNZIONALITÀ GESTITE L ARCHITETTURA E LA COMPLESSITA DEL SISTEMA VARIANO ENORMEMENTE A SECONDA DELL APPLICAZIONE 4

3 ESEMPIO DI SISTEMA EMBEDDED TIPO SYSTEM ON BOARD (SoB) GSM Receiver Schema a Blocchi 5 Layer 1: Signal Proc. μc Layer 2 & 3: Control SW ASIC Memory ROM/ A/D D/A RF Module LNA Mixers Power Amp LOs Freq Synth. 6 ESEMPIO DI SoB GSM RECEIVER FOTO DELLA SCHEDA Frequency Synthesizer CODEC ROM ASIC

4 7 DAI SYSTEM on BOARD AI SYSTEM on CHIP L aumento della capacità di integrazione ha consentito di includere le funzionalità di un intero sistema su un singolo chip di silicio COMPONENTE REALE COMPONENTE VIRTUALE DEEP SUB-MICRON 8 ESEMPIO DI SYSTEM on CHIP GSM RECEIVER SCHEMA A BLOCCHI S ROM / FLASH ASIC μc A/D D/A RF Module LNA Mixers Power Amp LOs Freq Synth.

5 9 ESEMPIO DI SYSTEM on CHIP GSM Receiver Foto del chip ASIC μc Core Core Core SISTEMI EMBEDDED DI NUOVA GENERAZIONE 10

6 11 PROGETTAZIONE DI SISTEMI EMBEDDED SVILUPPO DI SISTEMI EMBEDDED 12 APPLICAZIONE DEFINIZIONE DELL'ARCHITETTURA DEL SISTEMA PARTIZIONAMENTO E BINDING DELL'ALGORITMO SVILUPPO FW -SW HW-SW CO-DESIGN SVILUPPO HW INTEGRAZIONE E DEBUG

7 SVILUPPO DI SISTEMI EMBEDDED: SoB e SoC 13 LO SVILUPPO DI UN SISTEMA EMBEDDED, SIA DI TIPO SOB CHE DI TIPO SOC, PUÒ ESSERE SCHEMATIZZATO IN ALCUNE ATTIVITÀ PRINCIPALI: LA PRIMA FASE SI PONE COME OBIETTIVO LA DEFINIZIONE DELL ARCHITETTURA DI BASE DEL SISTEMA E LA SCELTA DEI COMPONENTI. OLTRE A CONSIDERAZIONI DI TIPO STRETTAMENTE TECNICO HANNO FORTE INCIDENZA CONSIDERAZIONI DI TIPO ECONOMICO (P.E. COSTO DEI POSSIBILI COMPONENTI) E PRATICO (P.E. REPERIBILITÀ DEI COMPONENTI). DURANTE LA SECONDA FASE IL SYSTEM ENGINEER MAPPA SULL ARCHITETTURA SCELTA L APPLICAZIONE CUI ESSA È DESTINATA, E NE STIME LE PRESTAZIONI. QUESTE PRIME DUE FASI SONO FORTEMENTE INTEGRATE E SOGGETTE A CONTINUE ITERAZIONI. SVILUPPO DI SISTEMI EMBEDDED 14 LO SVILUPPO HARDWARE NON VERRA' TRATTATO IN QUESTO CORSO. SOMMARIAMENTE POSSIAMO DIRE CHE ESSO CONSISTE NELLA REALIZZAZIONE EX-NOVO O NELLA PERSONALIZZAZIONE DI CIRCUITI VLSI DEDICATI. SI RICORRE A CIRCUITI DI QUESTO TIPO NEL CASO DI BLOCCHI FUNZIONALI CHE NON POSSONO ESSERE IMPLEMENTATI TITE SEMPLICI PROCESSORI LO SVILUPPO FW-SW CONSISTE NELLA PROGMAZIONE DELLE PIATTAFORME PROGMABILI DEL SISTEMA: CODIFICA DELL ALGORITMO (SPECIFICA PER L ARCHITETTURA DI ELABORAZIONE TARGET), DEFINIZIONE E CODIFICA DEI PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE INTERNI E DEI DRIVERS DELLE PERIFERICHE, CODIFICA DELLE ROUTINE DI BOOT, CUSTOMIZZAZIONE DEL SISTEMA OPERATIVO LE 2 FASI DI SVILUPPO, UN TEMPO SVOLTE DA TEAM DI PROGETTO SEPARATI E CON BASSI LIVELLI DI INTERAZIONE, TENDONO A ESSERE SEMPRE DI PIÙ INTEGRATE FRA DI LORO, ANCHE CON L AUSILIO DI TOOL DEDICATI (HW-SW CO- DESIGN). INFATTI, AL CRESCERE DELLA COMPLESSITÀ DELLE APPLICAZIONI E DEI SISTEMI, LA FASE DI INTEGRAZIONE E DEBUG TENDE A DIVENTARE INGESTIBILE IN CASO DI MANCATA SINCRONIZZAZIONE FRA SVILUPPO HW E SW.

8 GRAFICA DEFINIZIONE DELL ARCHITETTURA PARTIZIONAMENTO E BINDING DELL ALGORITMO 15 LINK RADIO ASIC/FPGA VOCE VIDEO E' necessario un componente dedicato? Posso implementare questa funzionalità sul microcontrollore? E' indispensabile un componente dedicato? Quale componente? EXTERNAL I/O AUDIO CODEC (FW CORE) MPEG CODEC (HW CORE) PROCESSOR BUS PROCESSOR CONTROL PROCESSOR E' indispensabile un processore separato o è sufficiente utilizzare il microcontrollore? Che? Che processore: ARM, MIPS? Quale bus: AMBA, CoreConnect? E' necessario un bus dedicato per il sottosistema? SYSTEM 16 LA FINALITA' ULTIMA DI QUESTO CORSO E' ACQUISIRE LE CONOSCENZE DI BASE DELLE FIGURE PROFESSIONALI : EMBEDDED ARCHITECT EMBEDDED APPLICATION DEVELOPER DEFINIZIONE DELL ARCHITETTURA, PARTIZIONAMENTO E BINDING DELL ALGORITMO CONOSCENZA DELLE MICROARCHITETTURE DI ELABORAZIONE GENERAL PURPOSE (PROCESSORI) CONOSCENZA DELLE METODOLOGIE DI IMPLEMENTAZIONE DEI BUS DI COMUNICAZIONE CONOSCENZA DELLE PERIFERICHE BASE DI SISTEMI EMBEDDED CONOSCENZA DI PROCESSORI E SISTEMI COMMERCIALI (MIPS,ARM) SVILUPPO SW-FW CONOSCENZE DI PROGMAZIONE A BASSO LIVELLO (DRIVERS, ROUTINE DI BOOT) CONOSCENZA DI BASE DEI SISTEMI OPERATIVI EMBEDDED CAPACITÀ DI UTILIZZARE STRUMENTI DI SVILUPPO PER PROCESSORI EMBEDDED

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