Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

EMENTA

Estudo e desenvolvimento de sistemas embarcados microcontrolados.

JUSTIFICATIVA

Trabalhar os elementos de projeto envolvidos no desenvolvimento de sistemas embarcados, tanto no aspecto de hardware como de firmware. Trazer a sistemática do processo de desenvolvimento de hardware microcontrolado, técnicas de codificação eficiente, estratégias de criação de firmware, estudo da plataforma ARM Cortex M, desenvolvimento de hardware microcontrolado, criação de placas e circuitos com ferramentas CAD e arquitetura de computadores.

OBJETIVO

PROGRAMA

• Introdução ao mercado de sistemas embarcados. Possibilidades de inovação e emprego da tecnologia embarcada.
• Arquitetura de computadores
  • Paradigmas RISC e CISC.
  • Stack pointer, program counter e registros de status.
  • Modos de endereçamento.
  • Vetores e tratamento de interrupções.
• Dispositivos de memória
  • Terminologia de memória
  • Princípios de operação da memória
  • Memória utilizadas em sistemas embarcados (DRAM, SRAM, ROM, Flash, EEPROM, FRAM)
• Ferramentas de desenvolvimento
  • Ferramentas do toolchain GNU (ar, as, gcc, ld, strip, nm, strings)
  • Arquivos de linker e de partida
  • Uso de IDEs para desenvolvimento e uso de linha de comando.
  • Bibliotecas C e código de partida para sistemas embarcados.
• Ferramentas de desenvolvimento ST Microelectronics
  • Configuração de pinos/funções no CubeMX. Geração de código.
  • Compilação e depuração no System Workbench.
• Arquitetura ARM Cortex M
  • Família Cortex M. Conjunto de instruções Cortex M.
  • Arquitetura Cortex M. Registradores comuns do Cortex M.
  • Estados e modos de operação do processador.
  • Inicialização do processador.
  • Registros especiais (Control Register, Program Status Register, System Control Block).
  • Exceções e interrupções no Cortex M.
  • Controle de interrupções.
  • Prioridades.
  • Entrada e saída de modo interrompido.
  • Contextos de interrupção.
  • Contexto de interrupção com ponto flutuante.
  • Latência de interrupções.
  • Mapa de memória.
  • Barramentos e DMA.
  • Acessos alinhados e não alinhados.
  • Operações atômicas de acesso a bits.
  • Modos de baixo consumo.
  • Proteção de memória.
• Microcontroladores ARM Cortex STM32.
  • Visão geral dos controladores STM32.
  • GPIO no STM32, conceitos de portas e pinos.
  • Uso por pooling para entrada e saída.
  • Interrupções no STM32.
  • Teoria geral sobre UART. UART no STM32. Registros relacionados à UART no STM32. Uso com interrupções. UART com buffer circular.
  • RS485 no STM32. Uso de transceiver RS485.
  • Conceitos gerais de timers e PWM. Timers e PWM no STM32.
  • Conceitos gerais de conversores analógicos digitais (características, tipos de ADC e seus princípios de funcionamento, circuitos sample and hold e multiplexação)
  • ADC no STM32 (pooling, interrupção e cíclico via DMA).
  • Conceitos gerais do protocolo SPI. Protocolo SPI no STM32.
  • Conceitos gerais do protocolo I2C. Protocolo I2C no STM32.
  • Conceitos gerais de conversores digitais analógicos (características, tipos de DAC e seus princípios de funcionamento, filtros de reconstrução).
  • Conversor DAC no STM32.
• Estratégias de construção de firmware.
  • Super loop
  • Voltado a interrupções
  • Máquinas de estados
  • Co-rotinas
  • Visão geral de um RTOS (Sistema operacional de tempo real).
  • MISRA C.
  • Projeto com microcontroladores
• Famílias lógicas TTL e CMOS
  • Tensões e correntes de entrada e saída
  • Fan-in Fan-out
  • Atrasos de propagação e frequência máxima de operação
  • Características e tipos de portas digitais (coletor/dreno aberto, tri-state e totem-pole)
  • Interfaceamento entre famílias lógicas
  • Cuidados adicionais no uso de pinos CMOS não utilizadas
• CAD para projeto eletrônico
  • Visão geral do uso de ferramenta CAD
  • Esquemáticos
  • Biblioteca de componentes
  • Netlist e lista de materiais
  • Projeto da placa de circuito impresso
  • Criação de footprints
  • Geração de arquivos de fabricação
• Projeto de hardware com controladores STM32
  • Escolha do controlador e mapeamento dos pinos
  • Alimentação (digital e analógica)
  • Reguladores de tensão
  • Desacoplamento
  • Relógios (clocks)
  • Roteamento de linhas especiais
  • Interligação com periféricos diversos
• Montagem e depuração de placas eletrônicas

METODOLOGIA

Aulas expositivas com utilização de quadro, datashow e mesa digitalizadora e aulas práticas em laboratório. Recursos e plataformas de comunicação e ensino à distância como Microsoft Teams e Moodle poderão ser utilizados para facilitar a comunicação entre o professor e o estudante e como complementação da carga horária.

 As aulas expositivas cobrem os temas mais complexos ou que exigem maior experiência. As aulas práticas são direcionadas para a plataforma Cortex M (processadores STM32) com atividades periódicas pontuadas, em geral finalizadas dentro do tempo da aula, favorecendo o compartilhamento de experiências por parte do professor.

A Tabela abaixo mostra o cronograma previsto para as aulas teóricas e práticas para um semestre letivo de 15 semanas.

A carga horária total da disciplina é de 75 horas, ou seja, 90 horas-aula. Entretanto, de acordo com o cronograma apresentado estão previstas apenas 75 horas-aula. As 15 horas-aula restantes serão realizadas por meio de atividades assíncronas.

A última semana, será utilizada para atendimento de casos especiais e entrega da ATIVIDADE DE RECUPERAÇÃO.

AVALIAÇÃO

O aprendizado do aluno será acompanhado através da realização de listas de exercícios, questionários para verificação e acompanhamento de aprendizagem, atividades de laboratório e projeto de conclusão da disciplina. A pontuação será distribuída conforme tabelas abaixo

De acordo com a Resolução CONGRAD 46/2022 ao fim do semestre será disponibilizada aos estudantes que não obtiveram o rendimento mínimo para aprovação e com frequência mínima de 75% (setenta e cinco por cento) no componente curricular uma ATIVIDADE DE RECUPERAÇÃO no valor de 15 pontos. O estudante que realizar a ATIVIDADE DE RECUPERAÇÃO terá limitada a sua nota final em 60 pontos.

BIBLIOGRAFIA

Básica

[1] Rodrigo Almeida, Carlos Moraes, and Thatyana Seraphim. Programação de Sistemas Embarcados. Editora Elsivier, 2016.

[2] Joseph Yiu. The Definitive Guide to ARM Cortex-M3 and Cortex-M4 Processors. Newnes, 2014.

[3] Andrew S. Tanenbaum. Organiza¸c˜ao Estruturada de Computadores. Pearson, 2013.

Complementar

[4] Roger S. Pressman. Engenharia de Software. Uma Abordagem Profissional. McGraw-Hill, 2016.

[5] Elecia White. Making Embedded Systems: Design Patterns for Great Software. O’Reilly Media, 2014.

[6] Eric Sink. Version Control by Example. Pyrenean Gold Press, 2011.

[7] Ben Klemens. 21st Century C: C Tips from the New School. O’Reilly Media, 2014.

[8] James W. Grenning. Test Driven Development for Embedded C. Pragmatic Bookshelf, 2011.

[9] Stephen L. Montgomery. MISRA C: Guidelines for the Use of the C Language in Critical Systems 2012. Misra, 2013.

[10] Randall Hyde. Write Great Code: Volume 1: Understanding the Machine. No Starch Press, 2012

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

---

Documento assinado eletronicamente por Daniel Pereira de Carvalho, Professor(a) do Magistério Superior, em 14/04/2022, às 13:52, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

---

Documento assinado eletronicamente por Marcelo Barros de Almeida, Professor(a) do Magistério Superior, em 14/04/2022, às 21:50, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

---

A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 3525558 e o código CRC 751C0B04.

---