ARM Cortex M0+: porting de aplicações

Abstract

A seleção da família de microprocessadores a utilizar numa aplicação de sistemas embebidos é determinada por um conjunto de fatores relacionados sobretudo com os periféricos necessários, a performance requerida (memória e capacidade de processamento), o consumo energético e o tempo de desenvolvimento, que estão diretamente relacionados com o custo total da aplicação. Com o aparecimento dos processadores da família ARM torna-se possível uniformizar uma metodologia de seleção do processador e especificar as regras de desenho a utilizar no desenvolvimento e implementação de aplicações minimalistas de sistemas embebidos. A família ARM Cortex foi especificamente desenhada para aplicações de baixo consumo, baixo-custo e simplicidade de uso, tendo como aplicações alvo o controlo de motores, a automação industrial, áudio embebido e telecomunicações. A oferta de várias versões de processadores compatíveis, com diferentes dimensões de memória, periféricos e capacidade de processamento, torna possível garantir a expansão de um produto em termos de funcionalidades e prolongando assim o tempo de vida do produto. Atualmente os processadores da família ARM Cortex M0+ são os que apresentam a maior eficiência energética de entre todos os processadores da família. Nesta dissertação será efetuado o porting de uma aplicação de domótica existente desenvolvida para o controlo de janelas inteligentes, alimentadas por uma bateria e um painel fotovoltaico. Este sistema tem a capacidade de diminuir o consumo energético e de tentar manter a qualidade do ar e os níveis de luminosidade no melhor nível possível. Isto é conseguido através de um conjunto de válvulas, que controlam o fluxo de ar do exterior para o interior do edifício através da janela. E de persianas, que possibilitam o controlo da luminosidade solar que entra para o interior. Com este porting, pretende-se reduzir o consumo de energia, minimizar o esforço requerido no desenvolvimento de novas funcionalidades e garantir o suporte no desenvolvimento de software para futuras gerações do produto. Adicionalmente, tirando partido das principais vantagens da família de processadores selecionados, desenvolveu-se um conjunto de Applications Programming Interface standards que permitem a interface uniformizada com os periféricos desta família de processadores. Pretendese também caracterizar o sistema em termos de consumo energético e de performance. Nesta dissertação demonstra-se o porting de uma aplicação desenvolvida para microcontroladores de oito bits para uma plataforma de trinta e dois bits, como é o ARM Cortex M0+, conseguindo-se diminuir o consumo energético de todo o sistema em vinte e cinco porcento.

The selection of the family of microprocessors to use in a particular application is determined by a set of factors related mainly with the price and the development time. With the emergence of the ARM Cortex family processors it becomes possible to standardize the selection of processor and specify design rules to be used in the development and implementation of minimalist embedded systems applications. The ARM Cortex family was specifically designed for low-power applications, low-cost and simplicity of use, targeting applications on engine control, industrial automation, embedded audio and telecommunications, among others. The supply of multiple versions of compatible processors, with different memory sizes, peripheral sets and processing power, makes it possible to ensure the expansion of a product in terms of features. Currently the ARM Cortex M0+ processors are those with the highest energy efficiency between all the ARM processors. The main goal is to port all the functionality of a dedicated embedded system to an ARM Cortex M0+ processor. In this dissertation, the porting will be made of an existing home automation application developed for the control of intelligent electric shutters, powered by a battery and a solar panel. This system has the ability to try to preserve the quality of air and light levels at the best possible value. This is achieved through a set of valves that control the inflow and outflow of the air in the building, and shutters which enable control of the amount of solar light that enters inside. With this porting, the intention is to reduce power consumption, to minimize the effort required to develop new features and secure the bracket in software development. Additionally, taking advantage of the major benefits, it was developed a set of Applications Programming Interface standards that allow uniform interface with the peripherals of this family of processors. The intension is also to characterize the system in terms of energy consumption and performance. This dissertation demonstrates the porting of an application developed for eight-bit microcontrollers to a 32-bit platform, such as ARM Cortex M0+, reducing the energy consumption in twenty-five percent.