Diapositiva 1 - ssalvatori

Elettronica dei Sistemi
Programmabili
Introduzione
Stefano Salvatori
Università degli Studi Roma Tre
([email protected])
Elettronica dei Sistemi Programmabili 2013
Università degli Studi Roma Tre
Sistemi programmabili
 Microprocessori
 Microcontrollori
 Digital Signal Processors
 Programmable Logic Devices
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Microelettronica 2012
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Sistemi programmabili
 Microprocessori
 Microcontrollori
 Digital Signal Processors
 Programmable Logic Devices
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Microprocessori e microcontrollori
Il termine “microprocessore” è
oggi di uso comune e diffuso.
Ad esso associamo le macchine di
calcolo di cui, sappiamo, esso
rappresenta il “cervello”.
Ma cosa dire di un
microcontrollore?
abbiamo idea in quale
ambito esso possa
trovare applicazione?
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Microprocessori e microcontrollori
Dove troviamo un microprocessore?
Dove troviamo un microcontrollore?
Conosciamo apparati che basino il loro
funzionamento su un microcontrollore?
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Cos'è un microcontrollore?
E’ un sistema che rispecchia l’architettura di un
computer (CPU, memorie, I/O)
Ha una modesta capacità di
calcolo
ma esegue le istruzioni piuttosto
rapidamente
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System on a Chip
I moderni microntrollori rientrano nella categoria dei SoC, System on
a Chip.
Nel chip è integrato una CPU (core) e diversi blocchi dalla
funzionalità specifica:




RAM e ROM;
porte di interfacciamento (GPIO);
ADC e DAC;
hardware per la comunicazione:


UART
BUS

I2C, SPI, USB, CAN, LIN …
 Dispositivi per lo sviluppo
ISP, In System Programmable
 ICE, In System Emulator

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
Applicazioni microcontrollori
Con un microcontrollore possiamo
realizzare sistemi che in logica
cablata richiederebbero molto
tempo sia per la progettazione che
la realizzazione
Viene impiegato in applicazioni
“embedded” stand-alone
Molto del lavoro di progettazione riguarda la definizione del
firmware
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Dove troviamo un microcontrollore?
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Dove troviamo un microcontrollore?
in un'automobile trovano posto decine di microcontrollori
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Dove troviamo un microcontrollore?
… non in tutte
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 Microcontrollori
 Digital Signal Processors
 Programmable Logic Devices
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Cos'è un DSP?
 Un processore DSP è un apparato elettronico in
grado di svolgere funzioni di elaborazione su
preciso comando (meglio programmazione)
dell’operatore, su segnali (audio e video, ad
esempio) che riceve in ingresso;
 DSP è l’acronimo di Digital Signal Processor, ovvero
elaboratore digitale di segnale;
 Lo stesso acronimo è usato per indicare
l'elaborazione digitale dei segnali, Digital Signal
Processing.
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Cos'è un DSP?
 Ogni sorta di elaborazione del segnale – equalizzazione,
compressione, espansione, limitazione, filtraggio, ritardo,
… – è (spesso più agevolmente) implementabile
mediante circuiti digitali (piuttosto che con circuiti
analogici);
 Qualunque operazione di elaborazione del segnale può
essere più convenientemente eseguita nel dominio
digitale;
 I vantaggi sono innegabili:
• risposta in frequenza lineare;
• distorsione più contenuta;
• dinamica più ampia;
• migliore rapporto segnale/rumore;
• regolazioni più precise e più ampie;
• minore criticità della componentistica.
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Cos'è un DSP?
 Blocchi fondamentali:
•
•
•
un convertitore analogico-digitale (o convertitore A/D),
che esegue la digitalizzazione del segnale da elaborare;
una sezione di elaborazione del segnale digitale (DSP),
convenientemente progettata con il fine di realizzare
determinate funzioni (es. ritardo, filtraggio, ecc.);
un convertitore digitale-analogico ( o convertitore D/A),
che ricostruisce il segnale analogico a partire dalla sua
versione digitale elaborata
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Dove troviamo i DSP?
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 Digital Signal Processors
 Programmable Logic Devices
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Cos'è una FPGA?
 L'FPGA è un circuito integrato che contiene molte celle
logiche identiche, che possono essere viste come delle
singole porte logiche. Ogni cella può indipendentemente
implementare una funzione specifica, definita da una
tabella e può comunicare con le altre celle tramite una
fittissima trama di interconnessioni e di interruttori;
 Questa matrice di celle e di connessioni
forma la base per la costruzione di ogni
circuito, anche di quelli più complessi,
grazie alla grande varietà di funzioni
possibili e all'elevatissimo numero di
connessioni.
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Cos'è una FPGA?
 Field Programmable significa che la funzione della FPGA è definita
dal programma dell'utente, piuttosto che dalla disposizione, non
modificabile, dei dispositivi che realizzano le funzioni logiche;
 Questi dispositivi permettono di raggiungere livelli di integrazione
molto spinti, fino a pochi anni fa pensabili solo con circuiti ASIC,
mantenendo la caratteristica di basso costo di produzione iniziale,
tipico dei dispositivi programmabili;
 Tuttavia, una FPGA non è ancora in grado di raggiungere prestazioni
paragonabili a quelle di un circuito ASIC, proprio per il diverso tipo di
interconnessione usata. D’altra parte, una soluzione ASIC è
adottabile unicamente per progetti a larga scala di produzione, per
ovvi motivi di costo di fabbricazione.
Le FPGA oggi sono impiegate non solo a livello di
prototipazione ma anche per produzione in serie. Le loro
applicazioni vanno dai sistemi di controllo di tipo predittivo
alla strumentazione scientifica, dall'elettronica di consumo
all'elaborazione digitale dei segnali.
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Domande
Stefano Salvatori (st. 50 - lab. 132)
☞
0657337091
[email protected]
Lucidi e materiale vario:
www.ssalvatori.altervista.org
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