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Microcontroladores de 32 Bits. Agenda ¿Porqué 32 bits? Microcontrolador vs Microprocesador. Distintos Core en el mercado. Aplicaciones. ATMEL Freescale.

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1 Microcontroladores de 32 Bits

2 Agenda ¿Porqué 32 bits? Microcontrolador vs Microprocesador. Distintos Core en el mercado. Aplicaciones. ATMEL Freescale RTOSs

3 ¿Porqué 32 bits? Aumento de las prestaciones. – Permite realizar tareas mas rápido y mejor. Aumento de la complejidad de las aplicaciones. – Interfaces gráficas. – Interfaces inalambricas. – Distintos tipos de conectividad. Reducción de los costos. – El uso masivo de este tipo de soluciones a llevado a que los costos estén cada día mas competitivos.

4 Microcontrolador vs Microprosesador El microprocesador es un circuito integrado digital que puede programarse con una serie de instrucciones, para realizar funciones específicas con los datos. Cuando un microprocesador se conecta a un dispositivo de memoria y se provee de dispositivos de entrada salida, pasa a ser un sistema microprocesador. Un Microcontrolador esta formado por un Microprocesador y el conjunto de dispositivos que normalmente requiere un microprocesador: memoria volátil (calculo temporal), memoria no volátil (donde almacena el programa), entrada y salida.

5 Bonus Un procesador digital de señales o DSP (sigla en inglés de digital signal processor) es un sistema basado en un microprocesador que posee un juego de instrucciones, un hardware (MAC)y un software optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad. Debido a esto es especialmente útil para el procesado y representación de señales analógicas en tiempo real.

6 Distintos CORE

7 Aplicaciones Aplicaciones de consumo portatiles Smartbook E-book Smartphone Reproductores portatiles Navegadores Infotainment Automotriz Audio Conectividad y telematica Video y navegación. Home Consumer Telefonos y terminales multimedia. Accesorios para iPod. Portaretratos digitales. Electrodomesticos. Industrial POS/Scanners Seguridad y vigilancia. Interfaces HMI industriales. Healthcare (Electromedicina) Metering (Medidores) 32 Bits

8 Cores ARM CoreArquitecturaCaracterísticasCache (I/D)/MMU MHz ARM7TDMI ARMv4T (Von Neumann) 3-stage pipeline, Thumb none0.94 (ARM) / 0.74 (Thumb) ARM926EJ-SARMv5TEJ 5-stage pipeline Thumb, Jazelle DBX, Enhanced DSP instructions variable, TCMs, MMU 1.1 DMIPS / MHz ARM1136JF-SARMv68-stage pipeline, SIMD, Thumb, Jazelle DBX, (VFP), Enhanced DSP instructions variable, MMU 1.25 DMIPS/MHz

9 Cores ARM CoreArq.CaracterísticasCache MHz Cortex-M0 ARMv6-M (Von Neumann) 3-stage Thumb, Thumb-2. No cache.0.9 DMIPS/MHz Cortex-M3 ARMv7-M (Harvard) 3-stage + branch speculation Thumb, Thumb-2. no cache, MPU optional DMIPS/MHz Cortex-A8ARMv7-A13-stage superscalar pipeline, ARM,VFP, NEON,Thumb, Thumb- 2. variable (L1+L2), MMU+TrustZone up to 2000 (2.0 DMIPS/MHz in speed from 600 MHz to greater than 1 GHz)

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11 ATMEL - ARM

12 Familias ARM7 AT91SAM7 AT91SAM7L AT91SAM7S AT91SAM7SE AT91SAM7X Dispositivos de propósito general con conectividad USB, Ethernet y CAN. De 128 a 512Kb de flash. Los modelos XC poseen unidad de encriptación. Clock Speed 55 Mhz. Dispositivos de propósito general con un bus de memoria externa. Ademas posee interfaz para SDRAM y NAND Flash. De 32 a 512Kb de flash. Con interfaz USB full speed (device). Clock Speed 55Mhz. Dispositivos de propósito general de baja cantidad de pines (hasta 64) De 16 a 512Kb de Flash. Con y sin interfaz USB full speed (device). Clock Speed 55Mhz. Familia de ultra bajo consumo. Posee alimentación segmentada por periférico y reguladores programables para reducir el consumo. Esta familia opera con una fuente simple de hasta 1,8V y consume solo 0,5mA / Mhz. Clock Speed 37Mhz.

13 Familias ARM9 AT91SAM9 AT91SAM9XE Esta familia de microcontroladores combina un core ARM9 que trabaja a 200MIPS con hasta 512K de memoria Flash, controlador de Ethernet, USB 2.0 (FS) Host y Device, Interfaces para tarjetas multimedia (SDCard/SDIO y MultiMediaCard Compliant), MMU, interfaz de bus externo, interfaz para SDRAM y NAND FLASH y todo esto en un encapsulado QFP208. Esta es una familia de microprocesadores con core ARM9. Entre ellos hay dispositivos con frecuencias de clock de 210Mhz hasta 400Mhz. Con MMU, interfaz de memoria externa, interfaz de SDRAM, NAND Flash y los últimos modelos con interfaz de DDR2. Los encapsulados de estos productos son BGA. Estos dispositivos estan pensados para trabajar con sistemas operativos de tiempo real embebidos, como Linux o Windows CE.

14 Familias AT91SAM9 DeviceVideo Decoder LCD Controller 2D Accelerator Ethernet MAC 10/100 Image Sensor Interface SRAMUSB Host External Bus Interface CAN AT91SAM x4K2xFS1-- AT91SAM K2xFS1-- AT91SAM9261S--1 16K2xFS1-- AT91SAM K2xFS21 AT91SAM9G K2xFS1-- AT91SAM9G x16K2xFS1-- AT91SAM9G K2xHS2-- AT91SAM9M K2xHS2-- AT91SAM9R K--1 AT91SAM9RL K--1 Device10-bit ADC Channels Peripheral DMA Channels Max. Clock Speed (MHz) I/O PinsSDRAM Interface NAND Flash & ECC USB Device MMU/MPU AT91SAM /1FSMMU AT91SAM /-FSMMU AT91SAM9261S /-FSMMU AT91SAM /2FSMMU AT91SAM9G FS-- AT91SAM9G /1FSMMU AT91SAM9G /1HSMMU AT91SAM9M /1HSMMU AT91SAM9R /1HS1/- AT91SAM9RL /1HS1/-

15 Familias Cortex-M3 AT91SAM3 AT91SAM3S Familia basada en el nuevo core Cortex-M3 de ARM. Opera a una frecuencia maxima de 64Mhz, con hasta 256K de Flash y 64 K de RAM. Posee un USB Device Full Speed, Interfaz bus externo y controlador de NAND Flash y varias interfaces seriales. Estos dispositivos son de proposito general de rango medio, ideales para aplicaciones de consumo, de control indudtrial y para perifericos de PC. Esta familia es ideal para migrar de la familia AT91SAM7S para aplicaciones que requieran mayor desempeño ya que posee encapsulados pin a pin compatibles de 48/64/100 pines.

16 Familias Cortex-M3 AT91SAM3U Familia basada en el nuevo core Cortex-M3 de ARM con USB Device High Speed. Opera a una frecuencia maxima de 96Mhz con hasta 256K de Flash y 52K de RAM, la cual esta en varios bancos. Este micro posee multiples interfaces seriales, Interfaz bus externo y controlador de NAND Flash y interfaz SD/SDIO/MMC. Esta familia esta pensada para aplicaciones donde USB HS es necesaria, como USB Tokken, Data loggers, perifericos de PC y Bridges de alta velocidad (USB a SDIO, USB a la interfaz de bus externo, etc. Disponible en encapsulados de 100 y 144 pines.

17 Herramientas - Software

18 Herramientas - Hardware AT91SAM-ICE JTAG Emulator Permite programar y debuggear toda la linea de core ARM de Atmel, es decir SAM7 (ARM7)/ SAM9 (ARM9)/SAM3 (Cortex-M3)

19 Herramientas – Kits de desarrollo

20 ATMEL-AVR32 AT32UC3 AT32UC3B AT32UC3L Esta linea de dispositivos esta pensado para aplicaciones portátiles donde el bajo consumo es fundamental. Gracias a la tecnología Picopower logra 0,48mW/Mhz y hasta un consumo de 100nA. Incluye un periferico con capacidad touch sense, FlashVault, corre a una frecuencia de clock de hasta 50Mhz y en tan solo 48 pines. Esta linea de dispositivos esta pensada para aplicaciones que requieran una tasa de transmisión de datos alta, bajo consumo y un gran desempeño de computo, el cual esta en el orden de con un consumo de Ademas incluye USB 2.0 (FS) con On-The-Go y esta disponible en 48 y 64 pines.

21 ATMEL-AVR32 AT32UC3 AT32UC3A0/1 AT32UC3A3/4 Esta linea de dispositivos esta pensada para aplicaciones que requieran una conectividad USB de muy alta velocidad (HS), un gran desempeño de computo y interfaces de memoria rápidas. Posee un desempeño de Hi Speed USB con OTG, SD/SDIO interfaz, NAND Flash y SDRAM interfaz, DAC para audio y esta disponible en 100 y 144 pines. Existe versiones con encriptacion AES de 128 y 256 Esta linea de dispositivos esta pensada para aplicaciones que requieran conectividad, bajo consumo y un gran desempeño de computo, el cual es del orden de con un consumo de Ademas incluye USB 2.0 (FS) con On-The-Go, controlador de Ethernet, interfaz para SDRAM, DAC para audio y esta disponible en 100 y 144 pines.

22 Herramientas - Software UC3 Software Framework, este provee drivers y librerias para realizar una aplicación para los productos de la familia AVR32 UC3. Este incluye Drivers para los perifericos, librerias optimzadas para AVR32, aplicaciones Demo, codigo fuente de un RTOS listo para usar. Todo esto en codigo C y compatible con GNU GCC y IAR. AVR32 GNU Toolchain, este provee un conjunto de programas de linea de comando para crear aplicaciones para microcontroladores AVR32. Incluye compliador, ensamblador, linker, debugger, herramientas de programación y librerias en C. AVR32 Studio, es un entorno de desarrollo (IDE) para desarrollar apliciaciones sobre los productos de 32 bits de core AVR. Esta construido sobre Eclipse permitiendo una rapida integracion con terceras partes.

23 Herramientas - Hardware AVRDragon JTAG mkII AVR ONE!

24 Herramientas – Kits de desarrollo STK600 EVK1100 EVK1105 ATSTK600-UC3-144

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26 Freescale - ARM ARM926, 450MHz Touchscreen Integrated PM 1588 Ethernet x 2, L2 Switch DDR2, USB Phy x 2, CAN x 2 i.MX287 ARM926, 400MHz Ethernet, DDR2 USB Phy x 2 i.MX253 Cortex A8 ARM11 ARM i.MX31 i.MX31L + OpenGL ES 1.1 3D i.MX27 i.MX27L + D1 Video D/E i.MX513 + OpenGL ES 2.0 i.MX517 ARM1136, 532 MHz Ethernet, DDR2 USB Phy x 2, CAN x 2 i.MX353 i.MX31L ARM1136, 400 MHz USB (High Speed) Video Encode VGA i.MX27L ARM926, 400MHz Ethernet i.MX353 + Open VG 1.1 i.MX357 i.MX253 + Touchscreen CAN x 2 i.MX257 i.MX p Video Decode D1 Video Encode i.MX513 Cortex A8, 800MHz 1080p Video Decode 720p Video Encode OpenGL ES 2.0 Ethernet, USB Phy i.MX537 ARM926, 450MHz Touchscreen Integrated PM, Audio i.MX233 i.MX387 Cortex A8, 800MHz Ethernet, DDR2, USB Phy i.MX512 i.MX257 + Security i.MX258 In Concept

27 Freescale- ARM Specifications: CPU:ARM926, 400+ MHz Process:TSMC 90LP Core Voltage: 1.05V – 1.45V Package: 169fpBGA 11x11mm.8mm 128LQFP 14x14mm.4mm Temp Range:-10 to 70C, -40 to 85C Key Features and Advantages Based on STMP IP platform ARM926 Core 400+ MHz PMU with high efficiency on-chip DC/DC with 4.2V output, supports Li-Ion batteries Very low video and audio power consumption 1.5W Mono speaker amplifier Stereo headphone DAC w/ 99dB SNR & Stereo ADC w/ 85 dB SNR with integrated amplifiers Hardware BCH (up to 20-bit correction) and RS ECC8 for current and future MLC NAND support Power-Efficient Direct-Drive LCD Backlight Controller with Voltage or Current Feedback DDR1 Support with integrated 2.5V regulator High speed USB with embedded PHY i.MX233 CPU Platform Timers Connectivity DMA engines System Control Security Memory eFUSES ARM926 16K I Cache 16K D Cache Timer x4 PWM x5 Watch Dog Rotary Decoder UART x3 SSP x 2 Ext Mem I/F 3.3V SDRAM 1.8V mSDRAM 1.8V mDDR DDR1 w/2.5V regulator BCH20/ECC8 NAND Flash x 4 6 Channel LRADC Digital Radio IF IrDA-VFIR S/PDIF TX Serial JTAG PLL CLK Reset DRM Unique ID SHA-1 Hashing OTP AES Key USB Device & Host HS GPIO Keypad ROM 64KB RAM 32KB 128-bit AES I2C Master/Slave PMU DC/DC - 4.2V Battery Charger LDO x4 Multimedia Display Controller 24-bit RGB (DOTCK) 18-bit System-mode LCD Backlight Controller Mixed Signal Audio Stereo ADC & DAC w/ Amp Serial Audio IF x2 ATA USB OTG HS w/PHY HS MMC/SD/CF 1.5W Mono Speaker Amplifier Low Power 10-bit Video DAC PAL/NTSC Analog TV Encoder Pixel Processing Pipeline Scaling & Alpha Blending Color Space Conversion Rotation

28 Herramientas - Software IDEs/Tool Chains ARM LTD Code Sourcery Green Hills IAR Systems Mentor Graphics Microcross Wind River RTOS Express Logic Green Hills Mentor Graphics Micrium Segger Systems Quadros QNX Wind River Linux OS – Monta Vista – Wind River – Timesys Development Boards – Logic PD – Phytec – Eurotech – iWave – Atmark – Kyoto – Cogent – karo VoIP/V2IP – Trinity Convergence – ITRI – Hellosoft – SpiritDSP Flash – Adobe – Bsquare – Calsoft GUI/UI/HMI – Trolltech – Mentor – QNX – Swell SW – Altia – Fluffy Spider Codecs DivX Visual On Actimagine Browsers Opera Access Java Aplix Aonix Navigation Elektrobit NavinGo Graphics Mazatech Yappa AGS Other Futuremark Nuance Loquendo Virtual Logix Cidana En sistemas embebidos, un paquete de soporte de placa (board support package (BSP) ) es una implementacion de código para una placa especifica que conforma el sistema operativo. Comúnmente tiene un bootloader que contiene el soporte mínimo para los dispositivos para cargar el sistema operativo y los controladores para todos los dispositivos de la placa.

29 Herramientas - Hardware PEEDI - JTAG/BDM/SWD Emulator and Flash Programmer PEEDI is an EmbeddedICE solution that enables you to debug software running on ARM, CORTEX-M3, CORTEX-A8, Power Architecture, ColdFire, Blackfin, MIPS32, AVR32 processor cores via the JTAG/BDM/SWD port. PEEDI provides the services needed to perform all debugging operations JTAG Tools ARM LTD American Arium Green Hills IAR Systems Kyoto Microsystem Lauterbach Macragigor Systems Mentor Graphics Sophia Systems Signum Wind River

30 Herramientas- Kits de desarrollo 5.7 VGA LCD w/ Touchscreen USB 2.0 OTG, Ethernet SD/MMC, Smartcard CMOS Image Sensor i.MX27PDK Auxiliary Video Input for display from external video source 5.1 Sound (Audio CODEC) FM receiver/tuner to support short range FM adapters CAN Connector CMOS Image Sensor USB OTG and USB Host 10/100 Ethernet Optional GPS daughtercard VGA Touch-screen Display USB, Ethernet BT, Wifi, GPS FM Receiver FM Transmitter TV Encoder Headset Connector Speaker Microphone Camera Storage (HDD) External connectors TBD 4.3 WQVGA Touchscreen LCD Display (add-on module) SD/MMC Card Slot USB Host/Device Ethernet supported via SPI header Navigation keys Mic input, headphone output (jack) Composite TV Out connector footprint 3-Axis Accelerometer footprint Expansion Port for optional Peripheral Card i.MX387 7 WVGA Touchscreen LCD Display (add-on module) Expansion board (add-on module) 2 LVDS connectors DVI-I connector 2 SD/MMC Card Slots USB Host x2 / USB OTG x1 Ethernet Port Mini PCIe SATA HDD connector SIM Card connector Keyboard connector Mic input, stereo headphone output (jack), V2IP Headphone USB Camera connector RGB output through DVI-I connector Ambient light sensor footprint FM receiver footprint i.MX31PDK i.MX35PDK i.MX35 MC13892 SGTL5000 i.MX25PDK i.MX25 MC34704B SGTL500 i.MX51EVKJ i.MX51 MC13892 SGTL5000 i.MX23EVK i.MX233

31 Freescale – Coldfire - Flexis Pin a Pin compatible – Maximiza la reutilización del hardware cuando se migra de 8 a 32 bits. Set de perifericos compartidos – Permite re usar el software al cambiar de 8 a 32 bits. Unica herramienta de desarrollo – CodeWarrior para microcontroladores soporta ambos; S08 de 8 bits y ColdFire V1 de 32 bits

32 Freescale - ColdFire

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34 Herramientas- Software CodeWarrior V6,3 para ColdFire V1. (Hasta 64Kb de codigo en C gratis) Code Warrior V7,2 para ColdFire V2/3/4. (Version para linux disponible)

35 Herramientas- Hardware USB BDM Multilink. (Para micros de 9S08/HC12/V1) USB Coldfire Multilink (Para micros V2/V3/V4)

36 Herramientas – Kits de desarrollo M52259DEMOMCU DEMOAC TWR-MCF5225X TWR-MCF51CNKIT M52277EVB

37 Bonus - Freescale 32-bit dual core, high performance, low-power MCU family built on Power Architecture for central body module and gateway applications. Enables centralized architectures, which reduce the number of distributed Electronic Control Units (ECU) and complexity of vehicle architectures Efficient Power Architecture core: Parallel processing (dual-core + eDMA + multiple execution units in the e200core, generating more powerl than a regular RISC CPU) Code density (best in class performance, due to Variable Length Encoding) Exceeds 100 Dhrystone MIPS (DMIPS) performance Minimizes ECU leakages below 200 μA Provides extensive communication capabilities including FlexRay communications protocol, multiple CAN and LIN Offers room to grow with scalable family ranging from 512 KB up to 1.5 MB of embedded flash

38 Concluciones Generales Si esta por empezar un nuevo desarrollo no piense en micros con core ARM7. Es un core viejo que la gente misma de ARM recomienda migrar a Cortex-M3. La linea Flexis de Freescale es un buen comienzo para aplicaciones de gama medio-baja y para aquellos que quieren dar sus primeros pasos, ya que posee encapsulados pin a pin compatible con micros de 8 bits y debido a la fácil migración de entre 8 y 32 bits. Para aplicaciones que necesiten mayor desempeño (gama media) la linea AVR32UC3A es una excelente opción, como también las lineas con Cortex-M3 de mayor gama. Para aplicaciones de alta gama, debemos pensar ya en un microprocesador, donde las mejores alternativas las podemos encontrar en la linea I.MX de freescale.

39 RTOS

40 RTOS - MQX Freescale MQX: RTOS (Con prioridades y preemtive) Stack TCP/IP de tiempo real Stack USB Host: HID, Mass Storage y Hub Stack USB Device: HID, Mass Storage y CDC Sistema de Archivos Drivers para los periféricos Web Server MCF51CN MCF51EM *New in MQX 3.5 Release* MCF5225X MCF5223X MCF5222X MCF5227X MCF5445X

41 ¡¡¡¡MUCHAS GRACIAS!!!!


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