ARCHITETTURA ARM: APPLICAZIONI NELLA ROBOTICA EDUCATIVA Raimondo Sgrò, Flavio Poletti I.I.S. Marconi Galletti Via Oliva 15, 28845 Domodossola VB raimondo.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 codici crescente complessità delle applicazioni richieste Costi del dispositivo ormai paragonabili

Produttore modello f max Costo* Motorola 8bit MC68HC11 4MHz 15€ Atmel ATMega 8515 16MHz 5€ Microchip 16F87X 20MHz 7€ 18F2525 40MHz 32bit 32…. 80MHz 6-10€ ST STM32… 72MHz ARM7 10€ ARM9 13-16€ *Costi indicativi

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.

logica programmabile = flessibile+adattativo 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