Curs 1 - Introducere în Embedded Systems: Arhitectura Microprocesorului și Microcontrolerelor
Acest curs introduce conceptele fundamentale ale sistemelor embedded, incluzând arhitectura microprocesorului, microcontrolere, CPU, memorie și interfețe I/O.
1. Arhitectura Microprocesorului
Microprocesorul este unitatea centrală de procesare (CPU) care execută instrucțiuni pentru a controla dispozitivele embedded.
Source: https://ms.codes/blogs/computer-hardware/what-is-a-cpu-architecture
Unități principale:
- ALU (Unitatea Aritmetică și Logică): Efectuează operații matematice și logice.
- Registre: Stochează date temporare în timpul execuției instrucțiunilor.
- Unitatea de Control (CU): Coordonează fluxul de date între componente.
2. Microcontrolere
Microcontrolerul este un circuit integrat care conține un microprocesor, memorie și periferice I/O pe același cip.
Exemple de Microcontrolere
- ARM Cortex-M: Utilizat în sisteme embedded cu consum redus de energie.
- AVR (Atmel): Utilizat în Arduino.
- ESP32: Microcontroler Wi-Fi/Bluetooth pentru IoT.
3. CPU, Memorie și Interfețe I/O
Componentele principale ale unui sistem embedded includ CPU, memorie și interfețe de comunicație.
a) CPU în Embedded Systems
- Microprocesoarele utilizate sunt optimizate pentru consum redus și performanță deterministă.
- Exemple: ARM Cortex-M, RISC-V, MIPS, PowerPC.
b) Memoria în Embedded Systems
- ROM (Read-Only Memory): Conține firmware-ul.
- RAM (Random Access Memory): Memorie temporară pentru execuție.
- Flash Memory: Permite actualizarea firmware-ului.
c) Interfețe I/O
Sistemele embedded comunică cu lumea externă prin interfețe diverse:
- GPIO (General-Purpose Input/Output): Pini pentru conectare senzori și dispozitive.
- I2C (Inter-Integrated Circuit): Protocol pentru senzori și EEPROM.
- SPI (Serial Peripheral Interface): Comunicare de mare viteză cu periferice.
- UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Comunicare serială.
- Ethernet și Wi-Fi: Conectivitate de rețea.
4. Arhitectura Generală a unui Sistem Embedded
Un sistem embedded tipic include următoarele componente:
- Microprocesor/Microcontroler: Execută instrucțiuni și controlează sistemul.
- Memorie (ROM, RAM, Flash): Stocare de date și firmware.
- Module de alimentare: Surse de curent pentru dispozitive.
- Interfețe de comunicație (I2C, SPI, UART, CAN, Ethernet, Wi-Fi): Conectează dispozitivul la alte componente.
- Senzori și actuatoare: Captură și interacțiune cu mediul extern.
- Software Embedded: Firmware optimizat pentru resurse limitate.
5. Exemple de Sisteme Embedded
- Arduino UNO: Platformă open-source bazată pe ATmega328P.
- Raspberry Pi: SBC (Single Board Computer) pentru aplicații embedded.
- ESP8266/ESP32: Microcontrolere Wi-Fi pentru IoT.
- BeagleBone Black: SBC puternic utilizat în industrie.
- Sisteme Automotive: ECU-uri pentru controlul motorului și siguranță.