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Plano da aula
• Motivacao;
• Terminologia basica;
• Problemas de potencia;
• Diagramas de temporizacao;
• Memorias;
• Sumario.
Motivacao
Um projetista de sistemas embarcados deve frequentemente
• entender o hardware para escrever programas corretos,
• installar os programas no hardware,
• as vezes entender se uma falha e causada pelo programa ou pelo
hardware,
• pode ser responsavel por verificar diagramas esquematicos do
hardware e sugerir correcoes.
Terminologia I
• pastilhas (chips)
• empacotamento (packaging)
• pinos (pins)
• folhas de dados (data sheets)
• placa impressa (printed circuit boards)
• diagramas esquematicos (schematic diagrams)
Terminologia: pastilhas (chips)
• Circuitos eletronicos sao construıdos na forma de pastilhas de
plastico ou ceramica.
• As pastilhas geralmente podem ser compradas de um produtor.
• As pastilhas vem em diferentes tipos de empacotamentos.
Terminologia: empacotamento (packaging)
Pastilhas sao empacotadas utilizando diferentes formas:
Terminologia: placa (printed circuit board)
Pastilhas sao interligadas em uma placa de circuitos:
Terminologia: diagramas esquematicos (schematic
diagrams)
• Projetistas de hardware registram seu trabalho atraves de
diagramas esquematicos;
• o diagrama informa os componentes e suas interligacoes;
• a posicao dos componentes e das ligacoes no diagrama nao e
necessariamente a mesma que na placa.
Terminologia II
1. voltagens;
2. sinais;
3. entradas, saıdas;
4. piloto de sinal;
5. sinal flutuante;
6. conflito de barramento.
Terminologia: voltagens
• Circuitos digitais utilizam so duas voltagens para seu
funcionamento:
1. alto (high), ou VCC (Voltage Connected to Collector),
2. e baixo (low) ou terra (ground).
• A voltagem alta geralmente e 5V, ou 3,3V e a baixa e 0V.
• Na representacao de dados e enderecos, a voltagem alta
geralmente representa 1, e a baixa representa 0.
Terminologia: sinais
• Alem de dados e enderecos, sinais podem representar condicoes.
• Um sinal e setado, ou assinalado, se a condicao correspondente e
verdadeira.
• Um sinal e assinalado alto, se a voltagem alta representa que a
condicao e satisfeita.
• Um sinal e assinalaado baixo, se a voltagem baixa representa que
a condicao e satisfeita.
• Quando um sinal e acenado baixo, seu nome recebe algum tipo
de decoracao: CLR, RDMEM/, ou INT#.
Terminologia: entradas e saıdas
• Pastilhas possuem pinos de saıdas que elas alimentam com uma
certa voltagem.
• Pastilhas possuem pinos de entrada onde elas leem a voltagem.
• Quando um mesmo sinal e conectado a dois pinos de saıda e que
as voltagens nessas saıdas sao diferentes, ha um chamado conflito
de barramento (bus fight), que pode danificar o sistema.
• A parte que controla a voltagem de um sinal pilota aquele sinal.
• Quando nenhum componente pilota um sinal, esse sinal flutua, o
que pode criar problemas, ou nao.
Portas
• portas logicas;
• a bolha;
• piloto.
Problemas de potencia
• potencia e decoplagem, capacitores;
• colectores e tri-states;
• sinais flutuantes, resistores;
• sobrecarregamento de sinais;
Diagramas de temporizacao
• diagramas de temporizacao;
• atraso de propagacao;
• transicao (subindo/descendo);
• flip-flop D, ou registro;
• latch;
• tempo de setup e de hold ;
• tempo de relogio para Q (clock-to-Q);
• relogio, osciladores e cristais.
Memorias
• memoria ROM;
• variantes da memoria ROM;
• memoria RAM;
• comparacao.
Memoria ROM – introducao
ROM (Read-Only Memory) e um tipo de memoria nao volatil, usada
para guardar o software em um sistema embutido.
• O micro-processador pode ler instrucoes da ROM tao rapido
quanto ele pode executa-las.
• O micro-processador nao pode gravar dados na ROM.
• A ROM guarda seu conteudo, mesmo quando desligada.
Memoria ROM – estrutura
• Entradas:
– sinais de endereco;
– sinal de controle chip enable (ou chip select);
– sinal de controle read enable (ou output enable).
• Saıdas: sinais de dados.
Memoria ROM – comportamento
1. O microprocessador seta os sinais de enderecos;
2. Simultaneamente, o microprocessador seta o sinal de efetivacao
da pastilha (chip enable);
3. Um pouco mais tarde, o microprocessador seta o sinal de
efetivacao da leitura (read enable);
4. Depois de um atraso de propagacao, a ROM pilota os sinais de
dados para o microprocessador;
5. Quando o microprocessador termina de ler os dados, ele pode
desativar os diferentes sinais de ativacao.
A ordem de assercao dos sinais pode ser invertida, aumentando
tempo de resposta.
Variantes da ROM – PROM
• A ROM (mascarada) e vendida pre-programada e seu conteudo
nao pode ser alterado;
• a PROM (Programmable ROM) e vendida virgem e pode ser
gravada uma unica vez atraves de um gravador de PROM (custo:
cerca de US$100);
• se o programa gravado tiver um erro, a PROM e inutilizavel;
• novas versoes devem ser gravadas em novas PROMs.
Variantes da ROM – EPROM
• A EPROM (Erasable Programable ROM) pode ser gravada
multiplas vezes;
• aplicando-se raios ultra-violetos durante 10 a 20 minutos, o
conteudo de uma EPROM pode ser apagado;
• o apagador/gravador de EPROM utiliza portanto luz
ultra-violeta.
Variantes da ROM – flash
• A memoria FLASH pode ser apagada e gravada utilizando sinais
em alguns de seus pinos;
• geralmente, ha um limite do numero de regravacoes que podem
ser feita;
• as caracterısticas de memorias flash estao evoluindo rapidamente.
Variantes da ROM – EEROM
• A memoria EEROM (Electrically Erasable ROM) e parecida com
memoria flash;
• a leitura e a escrita sao mais lentas;
• a capacidade de estocagem e limitada;
• o numero de vezes que a memoria pode ser reescrita e
extremamente elevado (milhoes de vezes).
Comparacao
tecnologia leitura escrita num. escrita
ROM rapido N/A 0
PROM rapido N/A 1
EPROM rapido N/A varios
Flash rapido lento 10.000
EEROM lento lento 1.000.000
RAM muito rapido muito rapido infinito
Memoria RAM
• RAM (Random Access Memory) e um tipo de memoria volatil.
• e usada para armazenar os dados;
• a leitura e escrita e mais rapida que em ROM;
• SRAM (Static RAM) lembra de seus dados sem assistencia de
outras partes do circuito;
• DRAM (Dynamic RAM) deve ser acessada em leitura
regularmente ou perde seus dados;
• circuitos de dynamic RAM refresh evitam esse problema;
• a interface da RAM inclui tambem um sinal de efetivacao de
escrita (write enable).
Sumario
• Semiconductores sao manufaturados em pastilhas e conectados
atraves de placas de circuitos;
• engenheiros eletricos desenham diagramas esquematicos para
especificar os componentes e as conexoes de um circuito;
• um sinal digital e alto ou baixo, ele e setado quando a condicao
representada por este sinal e verdadeira;
• pastilhas possuem pinos de entrada e de saıda;
• geralmente sinais devem ser pilotados por uma unica saıda, mas
podem ser conectadas a multiplas entradas;
• um numero limitado de entradas podem ser alimentadas por uma
saıda;
• as portas padroes implementam funcoes logicas;
• alem das entradas e saıdas, pastilhas possuem pinos de
alimentacao para VCC e para terra;
• capacitores de decoplamento evitam faltas de energias
temporarias nos circuitos;
• um sinal que nao e pilotado por uma saıda e flutuante;
• um colector aberto pode pilotar um sinal para baixo ou o deixar
flutuar, varias colectores abertos podem ser conectados ao
mesmo sinal, que ficara baixo se um dos colectores for baixo;
• um tri-state pode pilotar um sinal alto, baixo ou o deixar flutuar,
varios tri-state podem ser conectados para um mesmo sinal, mas
so um pode pilota-lo a cada momento;
• pontos nos esquemas indicam sinais que devem ser conectados;
• diagramas de temporizacao mostram relacoes temporais entre
eventos de um circuito;
• as principais informacoes temporais de uma pastilha sao os
tempos de setup, de hold e de relogio para Q;
• flip-flops D sao memorias de 1 bit;
• os tipos comuns de memoria sao RAM, ROM, PROM, EPROM,
EEROM e flash.