Ativ3-arquitetura de computadores e microprocessadores

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Atividade 3 – ARQUITETURA DE COMPUTADORES E MICROPROCESSADORES 
 
No mundo da computação, mais especificamente nas tecnologias voltadas 
aos sistemas embarcados, existem diversos padrões de barramentos, como 
o I2C, o I3C, o Wishbone, o SPI, o CoreConnect, o AMBA e o Silicon 
Backplane Micronetowork. 
Para ter uma ideia de barramentos em sistemas embarcados, você poderá 
acessar o artigo disponibilizado neste endereço 
eletrônico: https://www.embarcados.com.br/barramento-can-entre-arduinos-
uno/. Nesse artigo, é descrito um barramento denominado CAN. Essa leitura 
o ajudará no entendimento dos aspectos inerentes aos barramentos em 
sistemas embarcados. 
 
Para esta questão, escolha um padrão de barramento utilizado em 
sistemas embarcados e construa um pequeno relatório com as 
seguintes informações do barramento escolhido: 
• descrição sucinta do barramento; 
• topologia utilizada; 
• sistema de arbitragem (controle); 
• aplicações. 
Referência 
SILVA, I.L. Barramento CAN entre Arduinos UNO. Embarcados, [S. l.], 4 out. 
2019. Disponível em: https://www.embarcados.com.br/barramento-can-entre-
arduinos-uno/. Acesso em: 28 nov. 2020. 
 
 
O barramento escolhido foi o SPI 
 
Serial Peripheral Interface (SPI) 
 
O SPI é um barramento de comunicação serial síncrono utilizado para pequenas 
distâncias. Ele opera em full-duplex no modo mestre-escravo. 
 
O SPI é baseado em quatro sinais, como mostrado abaxo: 
SCLK: clock, saída do mestre 
MOSI: Saída do mestre, entrada no escravo 
MISO: Entrada no mestre, saída do escravo 
#SS: Seleção do escravo, saída do mestre 
 
Embora menos comum, o SPI também pode funcionar em uma topologia daisy chain 
(ligação em cadeia de dispositivos SPI). 
 
TOPOLOGIA - Uma interface de comunicação serial básica 
(Daisy Chain) 
Muitos dispositivos SPI não são endereçáveis individualmente. Conseqüentemente, 
a comunicação entre esses dispositivos e um único dispositivo em um barramento 
requer hardware adicional ou organização de software. A Figura 1 mostra um sistema 
no qual um microcontrolador se comunica com vários dispositivos escravos. 
 
Microcontrolador com chip independente seleciona vários dispositivos escravos. 
 
Figura 1. 
Microcontrolador com seleção de chip independente para vários dispositivos 
escravos. 
 
Serial Peripheral Interface ou SPI é um protocolo que permite a comunicação 
do microcontrolador com diversos outros componentes, formando uma rede. É uma 
especificação de interface de comunicação série síncrona usada para comunicação de 
curta distância, principalmente em sistemas embarcados. A interface foi desenvolvida 
pela Motorola e tornou-se um padrão de facto. Aplicações típicas incluem cartões SD e 
mostradores de cristal líquido. 
Os dispositivos SPI comunicam entre si em modo "full duplex" usando uma arquitectura 
"master-slave" com um único mestre. O dispositivo mestre origina a trama para a leitura e 
a escrita. Múltiplos dispositivos escravos são suportados através de seleção com linhas de 
seleção de escravos individuais (SS). 
Às vezes SPI é chamado de barramento serial de quatro fios, contrastando com os 
barramentos seriais de três, dois (como o I2C) e um (como o One Wire) fio. O SPI pode ser 
descrito com precisão como uma interface de série síncrona, mas é diferente do protocolo 
síncrono de interface de série (SSI), que também é um síncrono protocolo de comunicação 
em série de quatro fios, mas emprega sinal diferencial e fornece apenas um único canal de 
comunicação simples. 
Em modo "escravo", o microcontrolador comporta-se como um componente da rede, 
recebendo o sinal de Clock. Em modo "mestre", o microcontrolador gera um sinal de 
relógio e deve ter um pino de entrada/saída para habilitação de cada periférico. 
 
Utilizando a Comunicação SPI no Mbed 
O Mbed é um sistema que engloba hardwares de prateleira e uma 
plataforma online que permite desenvolver firmwares de forma intuitiva 
para microcontroladores ARM. É mantido, testado e administrado pela 
própria ARM. A intenção principal é remover todas as barreiras que 
existem de configuração de registradores, manipulação de periféricos 
e instalação de softwares. 
É possível, dessa forma, atender diversos tipos de público, o que, com 
certeza, ajuda a divulgar os projetos de protótipos de sistemas 
eletrônicos de baixo consumo e permite o desenvolvimento de 
sistemas de controle ou monitoramento caseiros ou para testes. 
Sendo assim, se apresenta de forma mais democrática entre os 
sistemas com microcontroladores. 
Disponibiliza atualmente para desenvolvimento de software as 
linguagens C e C++ e é conforme com CMSIS, e funciona com os 
microcontroladores dos fabricantes Freescale, Nordic, NXP, u-blox e 
ST 
 
SPI1 e SPI2 no MBed de núcleo LPC1768. 
Tão simples quanto o Arduino, o Mbed já possui uma biblioteca pronta 
para a comunicação SPI. Neste caso, há a necessidade de indicar 
quais os pinos MISO, MOSI e SCK do dispositivo. Como 
trabalharemos como Master de comunicação, a seleção do Slave é 
feita por um pino digital padrão. No entanto, vale identificar que a 
documentação do Mbed sempre apresenta este como CS, e não como 
SS. No entanto, possui a mesma função. Os pinos de comunicação 
são passados no construtor da classe, e para o nosso exemplo são: 
MOSI p5 
MISO p6 
SCK p7 
• format() 
Essa instrução faz a configuração do número de bits (de 4 a 16 bits) e 
do modo (de 0 a 3), através de seus parâmetros. 
• frequency() 
Configura a frequência em Hz do SCK. O valor default é 1MHz. 
• write() 
Este é a instrução de transferência. Apensar de o nome trazer a ideia 
apenas de escrita, este método envia o dado atribuído ao parâmetro e 
retorna o dado recebido. 
 
 
Resumo: Em sistemas SPI típicos com um mestre e vários escravos, um sinal de 
seleção de chip dedicado é usado para endereçar um escravo individual. À medida 
que o número de escravos aumenta, também aumenta o número de linhas de 
seleção de chips. Nesta situação, o layout da placa do sistema pode se tornar um 
grande desafio. 
 
Aplicação: 
Uma alternativa de layout é o encadeamento. Este artigo explica os detalhes de um 
sistema SPI encadeado em série e mostra como o software pode ser usado para 
propagar comandos por meio de uma sequência de escravos. 
 
Um microcontrolador compatível com SPI ™ / QSPI ™ / MICROWIRE ™ padrão se 
comunica com seus dispositivos escravos por meio de uma interface serial de 3 ou 4 
fios. A interface típica inclui um sinal de seleção de chip (CS ativo-baixo), um relógio 
serial (SCLK), um sinal de entrada de dados (DIN) e, ocasionalmente, um sinal de 
saída de dados (DOUT). Dispositivos que são endereçáveis individualmente, como é 
comum em sistemas I²C, comunicam-se facilmente com um único dispositivo em um 
barramento.