ARCHITETTURA ARM: APPLICAZIONI
NELLA ROBOTICA EDUCATIVA
Raimondo Sgrò, Flavio Poletti
I.I.S. Marconi Galletti
Via Oliva 15, 28845 Domodossola VB
[email protected]
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Convegno Roboscuola 19 Aprile 2012 – Riva del Garda
I SISTEMI EMBEDDED
Il loro sviluppo li ha resi oggetti di uso
comune e quotidiano (cellulari, navigatori
ecc.). Tale diffusione è dovuta al grande
sviluppo dell’elettronica che vi si trova alla
base. Il protagonista è certamente il
microcontrollore.
L’ARCHITETTURA RISC
RISC: Reduced Instruction Set Computer
tipologia di processore, sviluppatasi in
contrapposizione all’architettura esistente
CISC: Complex Instruction Set Computer
L’architettura RISC si basa su alcuni
principi innovatori:
• semplificazione del set di istruzioni,
standardizzazione dei tempi di esecuzione
• introduzione dell’esecuzione in pipeline
• accesso alla memoria principale limitato
solo a specifiche istruzioni (Load/Store)
per il resto la CPU opera su registri interni,
aumentando l’efficienza.
L’ARCHITETTURA ARM
L’architettura ARM (Advanced RISC
Machine) fu sviluppata da Achorn a partire
dal 1983, ed ha portato nel 1985 alla
produzione del primo processore RISC,
l’ARM2
IL MERCATO
Tradizionalmente, il mercato dei
microcontrollori era segmentato in 3
settori, in base al parallelismo dei dati
elaborati: Abbiamo quindi i segmenti degli
8bit, dei 16bit e dei 32bit.
differenti architetture portavano a costi
differenti
Si sta assistendo ad un cambiamento, la
tendenza che vede le architetture a 32 bit
occupare anche i settori inferiori.
Le ragioni:
necessità di portabilità dei codici
crescente complessità delle applicazioni
richieste
Costi del dispositivo ormai paragonabili
Produttore
modello
f max
Costo*
Motorola
8bit
MC68HC11
4MHz
15€
Atmel
Microchip
8bit
8bit
ATMega 8515
16F87X
16MHz
20MHz
5€
7€
Microchip
Microchip
ST
8bit
32bit
32bit
18F2525
32….
STM32…
40MHz
80MHz
72MHz
7€
6-10€
6-10€
32bit
32bit
ARM7
ARM9
*Costi indicativi
10€
13-16€
ASPETTI DIDATTICI
Il target di cui discutiamo è rappresentato
dai nuovi Istituti Tecnici, in particolare gli
indirizzi “Elettronica ed Elettrotecnica”
ed“Informatica e Telecomunicazioni”.
•
•
•
•
Nelle linee guida per l’articolazione
“Elettronica” si trovano le seguenti abilità:
Progettazione di circuiti con
microcontrollori.
Descrivere la struttura di un sistema
microprocessore.
Descrivere funzioni e struttura dei
microcontrollori.
Programmare e gestire componenti e
sistemi programmabili in contesti specifici.
Nelle articolazioni “Elettrotecnica” ed
“Automazione”:
• Identificare le caratteristiche funzionali di
controllori a logica programmabile (PLC e
microcontrollori).
• Descrivere la funzionalità dei
microcontrollori.
Nell’indirizzo “Informatica e
Telecomunicazioni” :
• Programmare un sistema embedded per
l’acquisizione dati e la comunicazione.
• Programmare un sistema embedded per
l’elaborazione in tempo reale di flussi di
dati multimediali attraverso idonei
algoritmi.
• Integrare un sistema embedded in rete
Da un punto di vista didattico, il
microcontrollore ad 8 bit risulta
particolarmente adatto per un’analisi
approfondita a livello macchina. Risulta
possibile l’approccio tramite linguaggi
assembly. Questo tipo di approccio “crea
un legame solidale tra l’architettura del
componente e la realtà circuitale…
permettendo di toccare con mano
l’evolversi dei dati” (cit. Luigi Daghetti)
I socket dei micro a 32 bit, non
consentono di impiegare il dispositivo
come componente sciolto, a livello di
laboratorio scolastico, che richiedono
circuiti stampati più complessi. Si dovrà
necessariamente far maggior uso di board
di sviluppo commerciali
ST produce delle schede a basso costo
(serie Discovery Value Line).
SISTEMA DI SVILUPPO
Il mercato offre diversi sistemi di sviluppo,
perlopiù a pagamento, dai classici Iar e
Keil, ma esistono delle soluzioni open
source come Eclipse.
Sino a poco tempo fa, Atollic offriva una
versione lite per STM32.
CONCLUSIONI
In generale l’impiego del microcontrollore
ha il vantaggio di porre di fronte ad un
modo nuovo di progettare:
logica programmabile =
flessibile+adattativo
Didatticamente l’approccio migliore
avviene con gli 8 bit.
Il 32 bit obbliga ad un approccio ad alto
livello.
Problemi riscontrati:
- Documentazione di difficile reperimento
- Stile di programmazione a volte troppo
distante dalla macchina.
RINGRAZIAMENTI
• Dirigente Scolastico Prof. Carmelo Arcoraci
• Ing. Riccardo DeCia, Ing. Juri Giovannone, Ing.
Daniele Caltabiano, Ing. Maurizio Gentili di
STMicroelectronics