Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS. HW per elaborazione digitale in automazione: Microcontrollori e DSP

Documenti analoghi
Introduzione. Caratteristiche generali. Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS. HW per elaborazione digitale in automazione: Microcontrollori e DSP

Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Unità di Elaborazione: MicroControllori e DSP

Sistemi e Tecnologie per l'automazione LM. HW per elaborazione digitale in automazione: Microcontrollori e DSP

INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO Processori per sistemi di controllo

Controllori industriali: PLC

Architettura degli elaboratori

Lezione 1. Sommario. Simone Buso - Microcontrollori e DSP - Lezione 1 1

Tecnologie dei Sistemi di Automazione

Cosa è? Come lo si usa? Come iniziare? Author: Ing. Sebastiano Giannitto (ITIS M.BARTOLO PACHINO)

Il calcolatore. È un sistema complesso costituito da un numero elevato di componenti. è strutturato in forma gerarchica

Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Sistemi di controllo industriale general-purpose. purpose: : PLC.

Lezione 1. Lezione 1. Microcontrollori (mc) Microcontrollori (mc) Microcontrollori (mc) Microcontrollori (mc) Materiale di riferimento.

Sistemi a microprocessore

Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Sistemi di controllo industriale general-purpose: PLC. Sistemi di controllo industriale: PLC

Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS. Architetture e Tecnologie per i sistemi di controllo

Sistemi a Microprocessore Digital Signal Processor (DSP) A.A Prof. Ing. Ivan Bruno

Lez. 4 L hardware. Prof. Pasquale De Michele Gruppo 2

Elementi di base del calcolatore

Architettura dei calcolatori

A.S. 2017/2018 PIANO DI LAVORO PREVENTIVO CLASSE 4Be

Architettura degli Elaboratori - 1

Caratteristiche di un PC

Architettura generale del calcolatore Hardware (tutto ciò che e tangibile) Software (tutto ciò che non e tangibile)

Corso di Calcolatori Elettronici I. Memorie. Prof. Roberto Canonico

Architettura dei calcolatori I parte Introduzione, CPU

Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Tipologie di Elaboratori Digitali Real Time per il Controllo (Controllori Real Time) Obiettivo

IL DSP - Digital Signal Processor

Lezione 15. L elaboratore Elettronico

Macchina di Riferimento: argomenti

Progettazione di circuiti integrati

introduzione I MICROCONTROLLORI

Corso di. Fondamenti di Informatica 2 e Architettura degli Elaboratori

Lezione 2. Lezione 2

CALCOLATORI ELETTRONICI II

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

Architettura dei Calcolatori Elettronici

Tipologie di Elaboratori Digitali Real Time per il Controllo (Controllori Real Time)

Dispositivi per il controllo

Programmazione A.A Architettura dei Calcolatori. ( Lezione V ) Componenti hardware e loro schema funzionale

Il computer. Architettura

Sistemi Elettronici #1. Sistemi Elettronici. Definizioni e concetti generali. Sistemi Elettronici Laurea Triennale in Elettronica A.A.

CALCOLATORI ELETTRONICI

Elementi di informatica

Il processore. Istituzionii di Informatica -- Rossano Gaeta

Il Processore. Informatica di Base -- R.Gaeta 27

INFORMATICA. L informatica comprende:

Architettura dei calcolatori e Software di sistema

Modulo 1: Le I.C.T. UD 1.4c: Il Processore

UD 1.4c: Il Processore IL MICROPROCESSORE

Architettura del calcolatore: gerarchia delle memorie, coprocessori, bus (cenni)

Sistemi e reti CPU Concetti di base

Elementi di informatica

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE! Ispirata al modello della Macchina di Von Neumann (Princeton, Institute for Advanced Study, anni 40).!

Assegnista di ricerca nell ambito del progetto GOT (Goal Oriented Training) IFP-CNR, Via R.Cozzi 53 Milano

Architettura di un calcolatore

L insieme delle istruzioni, atte ad elaborare convenientemente i dati ed organizzate in modo organico, viene normalmente definito programma.

Lezione 2. Lezione 2 CPU CPU. Organizzazione. Organizzazione. Organizzazione. Organizzazione. Memoria. Memoria Dati. Dati Istruzioni.

Ingegneria Gestionale della logistica e produzione Prof. A. Palomba - Elementi di Informatica (J-Z) Componenti

Corso di programmazione Arduino DI MALVEZZI DAVIDE

Corso di Sistemi di Elaborazione A.A. 2008/2009

Cosa sono i microcontrollori?

Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Architetture e Tecnologie per i sistemi di controllo

Architettura di un Computer

Laurea Magistrale in Ingegneria Meccatronica

Che cos e l Informatica. Informatica generale. Caratteristiche fondamentali degli algoritmi. Esempi di algoritmi. Introduzione

Architettura di von Neumann

Architettura di von Neumann

Elettronica dei Sistemi Programmabili

Architettura dei calcolatori

Corso di Informatica

PRIMA LEZIONE: I SISTEMI AUTOMATICI DI MISURA

CALCOLATORI ELETTRONICI

Architettura hardware

Nicola Amoroso. Corso introduttivo sui microcontrollori A. S Microcontrollori Microchip PIC 8 bit. namoroso@mrscuole.

Elementi di Informatica Corso di Laurea in Scienze Geologiche a.a. 2003/2004. Docente. Orario. Da Ottobre-Dicembre:

Microprocessori, Microcontrollori e DSP (Digital Signal Processors)

Componenti di un processore

Architettura degli Elaboratori

La CPU e la Memoria. Sistemi e Tecnologie Informatiche 1. Struttura del computer. Sistemi e Tecnologie Informatiche 2

Lezione4: MIPS e Istruzioni (1 Parte)

Informatica Generale 07 - Sistemi Operativi:Gestione dei processi

CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRONICA (nuovo ordinamento) 1 anno anno. Insegnamento a scelta (elenco A) 3 anno

Architettura dei calcolatori

G L O S S A R I O. Fondamenti di Informatica I - Università degli Studi di Trento Dott. Roberti Pierluigi

Livello logico digitale bus e memorie

ARCHITETTURA DI UN ELABORATORE

Progetto del processore e supporto del processore al SO (interruzioni eccezioni) Salvatore Orlando

Tecnologie dei Sistemi di Automazione e Controllo

DEFINIZIONE. particolare l'unità di elaborazione centrale è una tipologia di

Architettura di Von Neumann. Architettura di Von Neumann. Architettura di Von Neumann INFORMATICA PER LE DISCIPLINE UMANISTICHE 2 (13042)

Sottosistemi ed Architetture Memorie

Andrea Di Dato. e fu così che i maker misero le ali

L insieme delle istruzioni (6)

Memoria cache, interrupt e DMA

Struttura hw del computer

Progettazione di circuiti integrati

DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA, ELETTROTECNICA E TELECOMUNICAZIONI

Input/Output (Cap. 7, Stallings)

TSP 240. Terminale operatore con PLC integrato. inferiore a 500 ma senza carichi. Memoria Programma

Le Macchine digitali sono Sistemi artificiali che elaborano informazioni

Transcript:

Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS HW per elaborazione digitale in automazione: Microcontrollori e DSP Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel. 051-2093924 E-mail: andrea.tilli@unibo.it http://www-lar.deis.unibo.it/~atilli Revisionato Revisionato il il 012/01/2009 012/01/2009

Introduzione Varie tipologie di soluzioni Elaboratori general purpose (o quasi) Unità di controllo digitali Basate su PC standard o industriali + opportune I/O board Custom Due livelli possibili: Costruttore di unità di controllo general purpose (es: PLC, vedi in seguito) Costruttore di sistemi di controllo/automazione Eventualmente distribuite Scopo di tale sezione: Introdurre alcuni processori particolari usati nelle unità di controllo ed evidenziarne le caratteristiche Microcontrollori (µc) e Digital Signal Processors (DSP) Usati in architetture custom Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 2

Caratteristiche generali Uso di processori speciali microprocessori 8/16/32 bit microcontrollori processori di segnale (DSP) ASIC (non riprogrammabili) programmazione: Unità di controllo digitali custom gestione dell HW di scheda e delle funzionalità di base come le temporizzazioni (Real Time vedi avanti) (S.O. di scheda: molto semplice kernel) Procedure di Utente (Algoritmi di controllo) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 3

MicroControllore (µc) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 4

MicroControllore Speciale microprocessore per il controllo, quindi orientato a: grande capacità di gestione I/O e Tempo ottimizzazione per ridurre i costi e gli ingombri risorse hardware a bordo Spesso realizzato su specifica per ottimizzare un prodotto o una classe di prodotti stampanti, automobile, telefonia Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 5

MicroControllore Integrazione nel chip di periferiche tipiche dei sistemi di controllo memoria (EP)ROM, RAM convertitore D/A modulatore PWM convertitore A/D n canali + multiplexer interfaccia di comunicazione seriale Sincrona (SPI) / asincrona (SCI) Eventuali interfacce per bus di campo In forte diffusione l interfaccia CAN In forte diffusione anche l Ethernet controller gestione di tempo ed eventi timers, watch-dog, gestore interrupt porte di I/O digitale configurabili singolarmente Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 6

MicroControllore A/D RAM (EP) ROM CPU interrupt S/H timers MPX PWM porta seriale I/O gestore eventi CPU (= ALU+Registri) è il tipico µp Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 7

Digital Signal Processor (DSP) Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 8

Digital Signal Processor (DSP) Processore progettato per minimizzare i costi della elaborazione digitale dei segnali: REALIZZAZIONE R(z) Nato nei primi anni 80 in Elettronica/Telecomunicazioni Usato anche come co-processore matematico Signal processing Audio-Video digitale Filtraggio/Analisi segnali in comunicazioni Nell Automazione: Controllo diretto di variabili temporali Ad elevata complessità Anche non lineare Azionamenti elettrici Controllo coordinato del moto Robotica Controllo di assetto di velivoli. Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 9

Digital Signal Processor (DSP) NOTA BENE Prestazioni in elaborazione (MIPS/MFLOPS) dei DSP sono molto elevate Fino a circa 5000 MIPS e 1000MFLOPS di picco Ma ottenibili e superabili con processori da PC Però con costi/ingombri e consumi molto maggiori DSP: frequenze di clock sotto 1GHz Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 10

Digital Signal Processor (DSP) Architettura del Chip unità di controllo PC 16 moltipli- 16 catore 32 RAM dati Program (EP) ROM programma ALU shifter 16 32 dati Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 11

Architettura del Chip Moltiplicatore hardware integrato ALU 16/32 bit fixed e floating point Architettura Harward bus dati e bus istruzioni separati Operazioni al volo (shift) Struttura a Pipe-line Anche più di una Very Long Instruction Word Fetch contemporaneo di molte istruzioni Tempo di istruzione: <10ns (anche <3ns) Digital Signal Processor (DSP) Non eccelso (crf processori da PC attuali, però vedi prima) Cmq grazie a pipe line (anche multiple) throughput > centinaia MIPS e MFLOPS Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 12

Digital Signal Processor (DSP) Principali caratteristiche di esecuzione linguaggio assembler ottimizzato per l esecuzione di prodotti scalari moltiplicazione e somma (MAC) nello stesso ciclo macchina shift di un dato in memoria durante la moltiplicazione aggiornamento della memoria del regolatore saturazione delle operazioni di somma (fixed-point) gestione hw ottimizzata dei loop gestione hw ottimizzata per operazioni su vettori e matrici tempo di esecuzione di un PID 13 cicli macchina < 2µs tipico pre-fetch di più istruzioni e strutture a pipeline problemi (tempi) di gestione branch e interrupt Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 13

Versioni tipo microcontrollore Periferiche a bordo Migliore gestione di branch e interrupt Detti Digital Signal Controller Digital Signal Processor (DSP) Sviluppi recenti spesso indicati semplicemente come µc In Automazione: Dispositivo ideale per Ctrl diretto di variabili temporali ad alta complessità ed elevata dinamica Ing. Andrea Tilli - Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS Architetture e tecnologie 14

Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Sistemi e Tecnologie per l'automazione LS HW per elaborazione digitale in automazione: Microcontrollori e DSP FINE Ing. Andrea Tilli DEIS - Università di Bologna Tel. 051-2093924 E-mail: andrea.tilli@unibo.it http://www-lar.deis.unibo.it/~atilli