Teste

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA

Tópicos Especiais Em Eletrônica Industrial - Sistemas Embarcados
Configuração e acesso aos pinos de E/S de propósito geral (GPIO)

Prof. Amauri Assef - [email protected] 1
paginapessoal.utfpr.edu.br/amauriassef

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Sistemas Embarcados

 Microcontroladores – MCUs

 Dispositivos digitais que agregam µP + memórias + periféricos E/S
 Programados para funções específicas e embarcados em outro dispositivo

 Geralmente, automação e controle de produtos e periféricos
 Contraste com outros µPs de propósito geral (utilizados em PC)
 Escolhidos conforme a aplicação do projeto – GPIOs, periféricos, interfaces,
memorias, etc.

uP Mem. GPIO ADC Timers SPI CAN Ethernet Ctrl. Interrupções
FLASH digital

Mem. Mem. USART DAC PWM I2C USB RTC
RAM EEPROM

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Sistemas Embarcados

 Microcontrolador MK60DN512VMD10

 Fabricante Freescale Semiconductor, Inc. (www.freescale.com)
 MCU do portfólio da família Kinetis

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Sistemas Embarcados

 Características do MCU MK60DN512VMD10

 32-bit ARM Cortex-M4 core with DSP instructions
 100MHz maximum core operating frequency
 144 MAPBGA, 13mm x 13mm, 1.0mm pitch package
 1.71V – 3.6V operating voltage input range
 512 Kbytes of program flash, 128 Kbytes of static RAM
 External bus interface
 Power management controller with 10 different power modes
 Multi-purpose clock generator with PLL and FLL operation modes
 16-bit SAR ADC, 12-bit DAC
 High-speed analog comparator with 6-bit DAC
 Programmable voltage reference

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Sistemas Embarcados

 Características do MCU MK60DN512VMD10

 USB full-speed/low-speed OTG/Host/Device controller with device charge
detect

 10/100 Mbps Ethernet MAC
 SPI, I2C (w/ SMBUS support), UART (w/ ISO7816 and IrDA), CAN, I2S
 SD Host Controller (SDHC)
 GPIO with pin interrupt support, DMA request capability, digital glitch

filtering
 Capacitive touch sensing inputs (TSI)
 Debug interfaces: JTAG, cJTAG, SWD
 Trace: TPIO, FPB, DWT, ITM, ETM, ETB

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Sistemas Embarcados

 Quadro resumo dos dispositivos da família K60

 Manual de referência: K60 Sub-Family Reference Manual
 K60P144M100SF2V2RM.pdf

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Sistemas Embarcados

 Placa TWR-K60D100M

 Tower compatible microcontroller module
 MK60N512VMD100: K60N512 in a 144 MAPBGA with 100MHz operation
 Touch Tower Plug-in Socket
 General purpose Tower Plug-in (TWRPI) socket
 On-board JTAG debug circuit (OSJTAG) with virtual serial port
 Three axis accelerometer (MMA7660)
 Four (4) user-controllable LEDs
 Four (4) capacitive touch pads
 Two (2) user pushbutton switches
 Potentiometer
 Battery Holder for 20mm lithium battery (e.g. 2032, 2025)
 SD Card slot

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Sistemas Embarcados

 Placa TWR-K60D100M

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Sistemas Embarcados

 Placa TWR-K60D100M

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Sistemas Embarcados

 Placa TWR-K60D100M

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Sistemas Embarcados

 Placa TWR-K60D100M – Conector E/S e pinagem

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 GPIOs (General-Purpose Input/Output) – cap. 55

 Representam os módulos para leitura e escrita de dados para
interfaceamento com demais dispositivos e periféricos

 Nos MCUs Kinetis cada porta possui 32 pinos [31:0]
 Cada porta é conectada ao MCU através de uma bridge periférica

(barramento), possibilitando a comunicação do MCU com módulos mais
lentos

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Sistemas Embarcados

 Diagram em blocos do módulo GPIO do MCU Kinetis

1 Bridge periférica
ARM Cortex
PORTA M4 CPU

32 13

1

PORTB

32

1

PORTC

32

1

PORTD

32

1

PORTE

32

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Sistemas Embarcados

 Registradores do GPIO

 Cada porta possui um conjunto de registradores para controle dos pinos
 Port Data Direction Register (GPIOx_PDDR) – configura entrada ou saída
 Port Data Output Register (GPIOx_PDOR) – configura o nível lógico do pino
 Port Set Output Register (GPIOx_PSOR) – nível lógico 1 para setar o pino
 Port Clear Output Register(GPIOx_PCOR) – nível lógico 1 para zerar o pino

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Sistemas Embarcados

 Port Toggle Output Register (GPIOx_PTOR) – nível lógico 1 para inverter o
nível lógico presente no pino

 Port Data Input Register (GPIOx_PDIR) – registro para leitura da porta

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Sistemas Embarcados

 Mapa de memória do GPIOA (PORTA)

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Sistemas Embarcados

 Diagrama em blocos das operações do GPIO

Data Output Register

Output MUX Set Output Register
Buffer Clear Output Register

Pin Inv Toggle Output Register
Pad

Data Direction Register

Input Data Input Register
Buffer

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Sistemas Embarcados

 Exemplos:

 PTA11, PTA28, PTA29, PTA10 como saídas em nível alto:

 // Configuração da direção dos pinos
 GPIOA_PDDR = (1 << 11) | (1<<28) | (1<<29) | (1<<10);
 // Instrução para setar os pinos em nível alto
 GPIOA_PSOR = (1 << 11) | (1<<28) | (1<<29) | (1<<10);

 PTA19, PTE26 como entradas:

 GPIOA_PDDR &= ~(1 << 19); // Configuração da chave SW1
 GPIOE_PDDR &= ~(1 << 26); // Configuração da chave SW2

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Sistemas Embarcados

 Exemplos:

 Teste das chaves SW1 (PTA19) e SW2 (PTE26) :

If ((GPIOA_PDIR & (1 << 19) == 0) || (GPIOE_PDIR & (1 << 26) == 0))
{
Escrever a função para chave pressionada
}

else
{
Escrever a função para chave aberta
}

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Sistemas Embarcados

 Registradores do GPIO – ativação do clock

 Na configuração padrão os clocks de áreas específicas que não estão em
uso são desativados, reduzindo o consumo dinâmico necessário.

 Para utilizar um periférico particular ou recurso o usuário precisa ativar
esse relógio para cada item individualmente através do registro:

System Clock Gating Control Register 5 (SIM_SCGC5)

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Sistemas Embarcados

 Registradores do GPIO – seleção do MUX

 Cada pino do MCU é ligado a um multiplexador. Isso permite que cada
pino possa executar diversas funções, bem como otimizar a
funcionalidade em encapsulamentos menores.

 O multiplexador de sinais e outras opções de pinos podem ser
configurados no:

Pin Control Register n (PORTx_PCRn)

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Sistemas Embarcados

 Pin Control Register n (PORTx_PCRn)

 Configurações: interrupção, DMA, multiplexador dos pinos, capacidade de
corrente (Drive Strength Enable), saída com dreno aberto (Open Drain
Enable), filtro dos pinos de entrada, valocidade (Slew Rate Enable), pull
up, pull down, etc.

 Verificar Reference Manual para maiores detalhes

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Sistemas Embarcados

 Exemplos:

 PTA11, PTA28, PTA29, PTA10 como I/O digital:

 PORTA_PCR11 = 0X0100;
 PORTA_PCR28 = 0X0100;
 PORTA_PCR29 = 0X0100;
 PORTA_PCR10 = 0X0100;

 PTA19, PTE26 como entradas como I/O digital e pull-up:

 PORTA_PCR19 = 0X0100 | PORT_PCR_PE_MASK | PORT_PCR_PS_MASK;
 PORTE_PCR26 = 0X0100 | PORT_PCR_PE_MASK | PORT_PCR_PS_MASK;

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Sistemas Embarcados

 Código exemplo para configuração do GPIO

Teste para configuração de LED (PTA11) no pino e chave SW1 (PTA19):
1. Habilitar o respectivo clock para cada PORT – registro SIM_SCGC5
2. Configurar o registro PORTx_PCRn (x= A,B,C..E , n = 0..31) para GPIO

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Sistemas Embarcados

int main(void) // HABILITAÇÃO DO CLOCK DO PORTA;
{
int counter = 0; // LED LARANJA
// SW1
SIM_SCGC5 |= SIM_SCGC5_PORTA_MASK; // LED LARANJA
// SW1
//HABILITA MUX COMO I/O DIGITAL // SAÍDA PARA LED
PORTA_PCR11 = 0X100; // CHAVE SW1
PORTA_PCR19 = 0X100 | PORT_PCR_PE_MASK | PORT_PCR_PS_MASK;
// ATRASO POR SOFWARE
// PORTA_PCR11 = PORT_PCR_MUX(1); // INVERTE O ESTADO DO LED
// PORTA_PCR19 = PORT_PCR_MUX(1) | PORT_PCR_PE_MASK | PORT_PCR_PS_MASK;

GPIOA_PDDR = (1<<11);
GPIOA_PDDR &= ~(1<<19);

//LAÇO INFINITO
for(;;) {

counter++;
if (counter == 100000){

counter = 0;
GPIOA_PTOR = (1<<11);
}
}
return 0;
}

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Sistemas Embarcados

 Processor Expert

 É um plug in do CodeWarrior (Eclipse)
 Utiliza como conceito um grau de abstração maior
 Possibilita criação de aplicações com pouco conhecimento prévio do MCU
 Permite inserção de objetos/componentes, chamados de Beans, que se

relacionam com os recursos de hardware e periféricos internos do MCU
 O acesso dos recursos de hardware não é direto e sim por meio de

bibliotecas de funções (métodos )

 Embedded Component

 Configuração completa do dispositivo

 Configuração do CPU selecionado
 Configuração dos componentes selecionados pelo usuário conforme a aplicação

 Gerador de código

 Códigos de drivers / arquivos de configuração necessários

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Sistemas Embarcados

 Conceitos do Processor Expert (PE)

Aplicação do usuário com Microkernel Device Drivers
acesso ao hardware via
Camada do Processor Expert
Processor Expert
DAC USB GPIO I2C
Camada do Processor Expert CPU ADC Timer UART

Microcontrolador
Periféricos Internos

Núcleo

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Sistemas Embarcados

 Componentes (Beans) e Camadas

 High Level Components
 Logical Device Drivers (LDD Components)
 Low Level Components
 Peripheral Initialization Components

 PDD Physical Device Drivers:
 Apenas disponível para Kinetis e Coldfire+
 Camada de software para acessar os registradores dos periféricos
 Necessita de inclusão de arquivo de cabeçário (.h), estes arquivos se
 encontram em: {CodeWarrior}\Processor Expert\lib\{MCU}\pdd
 Implementados com “macros”

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Prof. Amauri Assef

Sistemas Embarcados

Árvore do
projeto

Component Component Perspectivas
Inspector Library

UTFPR – Campus Curitiba Dica: Pressionar o botão direito
Prof. Amauri Assef sobre a Cpu e visualizar o
encapsulamento do alvo
(Target CPU View)

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Sistemas Embarcados

Select Different
Package

Unused Peripherals

CPU Pins

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Sistemas Embarcados

 Componentes
 São blocos de construção de uma aplicação
 Cada funcionalidade é separada em pequenos blocos
 Cada componente possui a sua interface de configuração (similar às classes de
programação orientada a objeto)

 Propriedades
 Modificar/customizar o comportamento de objetos
 Configuração durante o desenvolvimento do projeto

 Métodos
 Processo que podem ser executados
 Chamada de funções

 Eventos
 Indicação de mudanção de estado
 Geralmente implementada como serviço de requisição de interrupções (ISRs)

UTFPR – Campus Curitiba 31
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Sistemas Embarcados

 Component Inspector

 Propriedades
 Métodos
 Eventos

UTFPR – Campus Curitiba 32
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Sistemas Embarcados

 Components Library

 Bibliotecas de periféricos, módulos e funções pré-elaboradas

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Sistemas Embarcados

 Componente:
 Bits_IO
 8 pinos - GPIOE
 Saídas
 Valor inicial = 0

UTFPR – Campus Curitiba 34
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Sistemas Embarcados

Métodos 35
disponíveis

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Sistemas Embarcados

 Componente:
 Timer_Int
 1ms

UTFPR – Campus Curitiba 36
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Sistemas Embarcados

 Escrever 1 (ms) e
pressionar ok

UTFPR – Campus Curitiba 37
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Sistemas Embarcados

 Propriedades do
TI1

 Nome do evento 38
(interrupção do
TI1)

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Sistemas Embarcados

 Pressionar o botão Generate Processor Expert Code

 Os arquivos de inicialização do PE e dos eventos serão atualizados

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Sistemas Embarcados

 No arquivo Events.c incluir a variável global contador e inverter o estados
dos pinos do GPIOE a cada 1s (1000 interrupções de 1 ms).

Clicar no método
e arrastá-lo para o

arquivo

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Sistemas Embarcados 41

 Selecionar a conexão alvo
e compilar o projeto:

– Project → Build Project

– Obs 1: Pressionar o botão
direito do mouse sobre o
nome do projeto e
escolher a opção Build
Project

– Obs 2: Selecionar a opção
Clean Project após
alterações significativas

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Sistemas Embarcados

UTFPR – Campus Curitiba DEPURAÇÃO
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Sistemas Embarcados

Debug Control Data/Register Views

Source Code TELA DE DEPURAÇÃO

UTFPR – Campus Curitiba Disassembler
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Console, Tasks, Problems Views

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Sistemas Embarcados

 Referências:

1) www.freescale.com/TWR-K60N512
2) www.freescale.com/kinetis
3) TWR-K60N512-QSG: Quick Start Guide
4) TWR-K60N512-SCH: Schematics
5) TWR-K60N512-PWA: Design Package
6) TWRPI-SLCD-SCH: Schematics
7) TWRPI-SLCD-PWA: Design Package
8) K60 Family Product Brief
9) K60 Family Reference Manual
10) Kinetis Quick Reference User Guide (QRUG)
11) Tower Configuration Tool

 Agradecimento:

 Freescale Semiconductor, Inc
 Sra. Damaris Ochoa, Coordenadora do Programa Universitário da Freescale na América

Latina

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