ARCHITETTURA ARM: APPLICAZIONI NELLA ROBOTICA EDUCATIVA

Raimondo Sgrò, Flavio PolettiI.I.S. Marconi Galletti

Via Oliva 15, 28845 Domodossola VBraimondo.sgro@istruzione.it

flaviuspol@libero.it

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 codicicrescente complessità delle applicazioni

richieste Costi del dispositivo ormai paragonabili

Produttore modello f max Costo*

Motorola 8bit MC68HC11 4MHz 15€

Atmel 8bit ATMega 8515 16MHz 5€

Microchip 8bit 16F87X 20MHz 7€

Microchip 8bit 18F2525 40MHz 7€

Microchip 32bit 32…. 80MHz 6-10€

ST 32bit STM32… 72MHz 6-10€

32bit ARM7 10€

32bit ARM9 13-16€

*Costi indicativi

Il target di cui discutiamo è rappresentato dai nuovi Istituti Tecnici, in particolare gli indirizzi “Elettronica ed Elettrotecnica” ed“Informatica e Telecomunicazioni”.

ASPETTI DIDATTICI

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