•  1 NES pad
•  1 Arduino UNO
•  Cables para conexiones

•  flechas ( Arriba, Abajo, Izquierda, Derecha ) 
•  boton Select
•  boton Start
•  boton A
•  boton B

• Flecha arriba : Aumentar volumen
• Flecha Abajo : Bajar volumen
• Flecha Izquierda: Devolver una cancion o reiniciarla
• Flecha Derecha: Siguiente cancion
• Start: iniciar el reproductor
• Select: cerrar el reproductor
• Boton B: detener la reproduccion actual
• Boton A: cambiar entre pausado y reproducion.

Manipulación de un motor de corriente directa usando un microprocesador.

Para este proyecto utilize un puente H ya que me ayudara a controlar el motor de corriente directa, y en esta entrada.




Material.

•   1 motor de corriente directa. 
•   1 Circuito integrado regulador 7805
•   1 Puente H
•   2 interruptores push hold.
•   Cableado
•   1 PIC16F628A

abajo

arriba

• 2 transistores 2N2222 que son los que conmutaran las salidas.
• 4 transistores TIP31 los cuales actuaran como interruptores.
• 4 Diodos rectificadores para crear un puente de diodos a manera que limpien la señal analógica y se pueda usar el motor de corriente directa.

• 2 circuitos integrados NE555 para aprovechar sus flipflops como transistores
• 2 push o fuentes para crear interrupciones
• 2 diodos rectificadores 1N4004 
• 2 capacitores de .1 microFaradios
• 2 resistores de 220 Komhs
• Algo de cable

¿Que es una interrupción?

Las interrupciones se refieren al paro inmediato del funcionamiento común del sistema. Esto es muy útil para hacer que las cosas sucedan automáticamente en programas que sean sensibles a estados, también pueden ayudar con problemas de temporizadores. También puede servir para detener completa o parcialmente el sistema en caso de que algún evento especifico suceda.

Un ejemplo de como utilizar estas interrupciones sería el de un lector de datos por ejemplo un sensor de temperatura. Suponiendo que al inicio del programa se toma lectura de la temperatura después se llama una función que cree la estadísticas, se empaqueta, se manda por algún protocolo seguro y después hace otra lectura. Ahora bien si llegamos a tener una aumento de temperatura inesperado queremos que tome esa temperatura y la envíe, pero esto es un problema ya que el proceso de creación de estadística, empaquetado y envió es tarado, más sin embargo si se le asigna una interrupción a la lectura de temperaturas el programa entero es interrumpido y se ejecuta la lectura para después enviar los datos que son más importantes.

También si tenemos un sistema que este enviando datos cualesquiera para monitorearlos, podemos asignar una interrupción que se accione con un botón para detener el programa y poder utilizar los datos, o para dejar de recibir más datos, según sea el caso.

¿Cómo usar una interrupción con el arduino?

La mayoría de las placas arduino tienen dos interrupciones externas.

   Interrupcion externa 0 : ( pin digital 2 )
   Interrupcion externa 1: ( pin digital 3 )

Esto para el arduino UNO.

Para usar interrupciones tenemos la función:

 void attachInterrupt( interrupcion, funcion, modo )

Dicha función especifica que función se invoca cuando se produce una interrupcion externa, si ya existia una función adjuntada al pin se substituye por la nueva.

Los parámetros de esta función son:

•   interrupcion: el número de la interrupción ( Es un int y puede ser 0 o 1 esto para asignar el pin a usar ).

•   funcion: Es la función que se invocara cuando la interrupción suceda, esta funcion NO debe tener parametro NI tampoco devolver nada. Comunmente se le conoce como  rutina de interrupción de servicio.

•   modo: Esto define el criterio de la interrupción es decir cuando se considerara como interrupción. Existen 4 constantes predefinidas para poder usarlas como modos. 

   CHANGE Se dispara la interrupción cuando el pin se tenga un valor alto ( Uno lógico o HIGH ).

   RISING Se dispara la interrupción cuando el pin pase de valor bajo a alto ( LOW a HIGH | 0 a 1 ).

   FALLING Se dispara la interrupción cuando el pin pase de valor alto a bajo ( HIGH a LOW | 1 a 0 ).


Como dato queda decir que también se cuenta con funciones para activar o desactivar el uso de las interrupciones. Con tan solo usar la función noInterrupts() se asegura de que no se interrumpa la porción de código que le sigue a esta función, también esta la función interrupts() que hace lo contrario, ya que permite las interrupciones.Esto puede ser útil dependiendo el caso y se maneja similar a los hilos y candados.
Podríamos tener una porción de código así:

     void loop() {
        noInterrupts();
        FuncionCritica();
        interrupts();
        funcionComun();
        funcionComun2();
   }

Ahora vemos como seria el diagrama de conexiones para realizar una prueba.

Basicamente es un push button, un led y un par de resistencias acomodadas de manera que  se puedan utilizar con el siguiente codigo.


De no utilizar las interrupciones, el led tendria un comportamiento un poco raro, ya que pudiese no captar bien las señales que se le envian.
Esto es muy familiar respecto a los threads y los candados.

• OS/2 ( eComStation ) Este sistema fue uno de los más usados para sistemas embebidos, empezo a utlizarse para cajeros automaticos pero ya no es común ver dichos cajeros con este tipo de sistema.

• Windows CE Al igual que OS/2 también fue muy usado en cajeros automaticos, aunque también llego a utilizarse en sistemas de navegación por mapas y se utilizo en la videoconsola Dreamcast, la cual no fue muy buena.

• Windows XP Embedded Es básicamente el sistema operativo windows XP pero con la fortuna de que se pueden elegir las funciones y servicios que se necesitan, este sistema operativo es el que usan cajeros automáticos, expendedores, puntos de venta, algunas consolas y maquinas de videojuegos.

• OSEK Este sistema es usado en un consorcio de empresas como un estandar abierto que rige la mitad de la industria automóvil, se puede ver en automóviles como los BMW, Chrysler, Opel o renault.

• FreeBSD Este sistema operativo no es propio de sistemas embebidos, su versatilidad y su codigo abierto unix-like han permitido a la comunidad realizar proyectos para portarlo a sistemas embebidos.Satisfactoriamente se utiliza en televisores, routers, sistemas de seguridad y fue la base para CellOs.

• vxWorks Este sistema operativo es un poco diferente ya que pertenece a la rama de RTOS   (real time operating systems ) y se utiliza en muchos dispositivos destacando que fue usado para operar vehículos espaciales.

• QNX Este sistema fue desarrollado escensialmente para sistemas embebidos y esta disponible para muchas arquitecturas, tiene la capacidad de instalarse diferentes window managers y proporciona características de estabilidad frente a fallos de perifericos y aplicaciones. QNX se utilizo tambien en el Dreamcast.

• LynxOS Este sistema junto con QNX pertenecen tambien a la familia de RTOS unix-like. Fue desarrollado con para su uso con una arquitectura de intel x86 y en su actualidad funciona con arquitecturas ARM, MIPS y PowerPC.

• Embedded Debian, básicamente son los paquetes de Debian optimizados para su uso con procesadores menos potentes, RAM de baja capacidad y aplicaciones espesificas. Este sistemas operativo embebido forma parte de los mas importantes bajo el yugo del nucleo linux, ya que es de los mas estables que contienen dicho nucleo.

• SALE Sonia Arch Linux Embedded, en marzo fue el release de la versión alfa/beta de este sistema operativo integrado. Dicho proyecto tiene un compilador de kernel customizado a partir de la distribución Arch Linux  y cuenta con la posibilidad de manejar el sistema como servidor, monitoreando el sistema via web, además de proximamente incluirle una versión de inteligencia artificial para su uso, muy prometedor y de codigo abierto.

Los equipos Gumstix se concentran basicamente en dos productos: Gumstrix Overo y Gumstix Verdex. Ambos son SCBs ( single computer boards ).



Dichos equipos ofrecen una amplia gama de funciones para procesar aplicaciones especificas de sistemas ubicuos, capacidad para almacenamiento externo en memorias microSD, implementacion de interfaces inalámbricas para Bluetooth y Wifi, comunicación por puerto de serie, puertos USB, puerto para ethernet. Dichas SCB estan implementadas con Linux para sistemas embebidos.



Básicamente son ordenadores completos en una tarjeta.





Cuando recien se fueron desarrollando estas SCBs las gumstix Verdex presentaban un microprocesador Marvel XScale PXA270 que funcionaba a 400 o 600 MHz, contenian 128MB de memoria RAM.

Las Overo tenian un procesador Texas Instruments OMAP 3505 que se ejecutaba a 750 MHz, contenia 256MB de RAM.




Ambas tarjetas usan sistemas Linux configuradas especificamente para sistemas embebidos, además se pueden agregar modulos adicionales a las SCBs.


Gumstix SDK


Gumstix utiliza un framework de desarrollo llamado OpenEmbedded para completar una compilación cruzada desde las builds del framework, al compilar dichas builds se transfieren el kernel y la imagen del root file system a la gumstix usando cualquier tipo de transferencia, ya sea por ethernet, tarjeta SD o por puerto Serie.




- OpenEmbedded -
 Este framework se utiliza para crear distribuciones (comunmente, pero no obligatoriamente) para sistemas embebidos. Este framework nace a partir de algunos builds de gentoo, y dicho framework se maneja desde git, ya que es open source.

La familia de circuitos integrados 78xx son conocidos como reguladores de voltaje positivo de triple terminal.
Dichos reguladores son muy usados y comercializados por que su principal funcion es regular el voltaje para poder utilizar con mayor seguridad los componentes electronicos de los proyectos.

Su maximo amperaje de salida es de 1Ampere, dependiendo del modelo pueden manejar salidas de voltaje de 5,6,8,9,10,12,15,18,24V segun sea el caso.
Cuentan con un protector termico de emergencia, aunque aún asi llegan a calentarse demasiado.

Para revolucionar el uso de los microcontroladores a principios de los 70's se empezaron a fabricar placas con microcontroladores embebidos y que fueran accesibles y faciles de usar para dedicarle tareas relativamente pequeñas a comparación de las tareas de un computador.

 Dichas placas nos proporcionan de todos los circuitos necesarios para tareas de control comunes como entradas y salidas, generador de pulsos de reloj, acceso a la RAM, y obviamente para uso de un microprocesador.

La mayoria de estas placas se utilizan para hacer desarrollos mas eficientes y rapidos sin gastar tiempo ensamblando el hardware de control.

Como estas placas son relativamente baratas y no se necesita demasiado conocimiento para realizar desarrollos pues normalmente se utilizan para la rama academica. Ahora hablare sobre diferentes placas y sus especificaciones.

Seré breve y solo les comentaré sobre una de las maneras de probar si el código realmente se está optimizando.

Utilizando el comando time que forma parte de los sistemas Unix-like podemos conseguir el tiempo que tarda en ejecutarse nuestro programa.
Esto incluye el tiempo real de computo( tiempo total de ejecucción ), el tiempo de usuario ( es el tiempo que tarda en los calculos y las llamadas al kernel ) y el tiempo de uso del sistema ( solo las llamadas al kernel ).
Podemos decir que cuando un programa esta haciendo iteraciones se esta acumulando tiempo de usuario solamente.

El resultado se nos despliega con

int main(int argi,char *argv[]){                                                
  argi = 0;                                                                     
  puts("Inicio");                                                               
  while(!(argi == 1000000)){                                                    
      puts("Love,Love,Love");                                                   
      argi++;                                                                   
  }                                                                             
  puts("final");   
  return 0;                                                             
}

usaremos este codigo que imprime 1 millón de veces una cadena de caracteres.
Lo compararemos con este código que hace lo mismo, pero escrito en assembly con sintaxis de Intel.

section .data

hello:  db 'Inicio',10,13 
slong:  equ $-hello

notDone: db 'Love, Love, Love',10,13
notlong: equ $-notDone

done:  db 'final',10,13
donelong: equ $-done

 section .text
 global main 
main:
 mov eax,4
 mov ebx,1
 mov ecx,hello
 mov edx,slong
 int 0x80

 xor ecx,ecx

loop:
 push ecx
 mov eax,4
 mov ebx,1
 mov ecx,notDone
 mov edx,notlong
 int 0x80

 pop ecx
 add ecx,1
 cmp ecx,1000000  ;cantidad de ciclos
 jl loop

theend:
 mov eax,4
 mov ebx,1
 mov ecx,done
 mov edx,donelong
 int 0x80

Utilizamos el comando time de la siguiente manera:

*mande la salida de datos hacia /dev/null

 para evitar ver el millon de impresiones en pantalla*

time ./cicloAssembly > /dev/null  

time ./cicloC > /dev/null

Es obvio cual es mas eficiente, ¿no?.

Esto sucede porque el codigo en assembly hace una system call en cada ciclo, es decir realiza un millón de llamadas al kernel. Sumando ese millón de llamadas al kernel a las veces que ese proceso sufrio de un switch context, page faults o fue manipulado por el scheduler nos da un tiempo relativamente largo.

El ejecutable de C es mucho muy rapido por el simple hecho de no hacer llamadas al  kernel.

Ahora usare el comando gcc -S ciclo.c  y eliminare todas las lineas del GDB para despues compilarlo y apreciar si eliminando las lineas de debuggeo se logra optimizar un poco el ejecutable.

El codigo assembly quedo asi ( sin lineas de debuggeo ) 

.LC0:
 .string "Inicio"
.LC1:
 .string "Love,Love,Love"
.LC2:
 .string "final"
 .text
 .globl main
 .type main, @function
main:
.LFB0:
 pushl %ebp
 movl %esp, %ebp
 andl $-16, %esp
 subl $32, %esp
 movl $0, 28(%esp)
 movl $.LC0, (%esp)
 call puts
 jmp .L2
.L3:
 movl $.LC1, (%esp)
 call puts
 addl $1, 28(%esp)
.L2:
 cmpl $1000000, 28(%esp)
 jne .L3
 movl $.LC2, (%esp)
 call puts
 movl $0, %eax
 leave
 ret

time ./cicloCtoASM > /dev/null

Ahora vemos 2 cosas interesantes.

Independientemente de su arquitectura basica los microcontroladores incorporan recursos especificos a su modelo.

Algunos de ellos son:

• Temporizadores.
• Sensores guardianes.
• Protectores contra fallo de alimentación.
• Estado de reposo.
• Conversor alterna a directa o directa hacia alterna.
• Comparador analógico.
• Modulador de anchura de pulsos (PWM)
• Puertos de entrada y salida digitales.
• Puertos de comunicación.

Timer 555 ejemplo de temporizador

Se utilizan para controlar periodos de tiempo y llevan por lo general un contador de las instrucciones que succeden mediante E/S. 

Tambíen son llamados Watchdogs

Compración logica.

Ancho regulador con salida PWM

Basicamente es un interruptor que decide si seran Entradas o Salidas.

Estos puertos se agrupan por lo general en grupos de ocho en ocho formando puertos. Las líneas digitales de los puertos pueden configurarse como entrada o salida cargando un 1 o un 0 en el bit correspondiente de un registro destinado a la configuración.

• UART ( adaptador de comunicación serie asíncrona ). El cual tiene como objetivo convertir los datos recibidos del bus del microcontrolador en formato paralelo, a un formato serie que será utilizado en la transmisión hacia el exterior.
• USART ( adaptador de comunicación serie síncrona y asíncrona ). El cual es una puerta paralela esclava para poder conectarse con los buses de otros microprocesadores.
• USB ( Universal serial bus ). El cual es el adaptador de comunicaciones síncronas y asíncronas mas moderno actualmente.
• CAN ( Red de area del controlador ). El cual permite la adaptación con redes de conexionado multiplexado para el cableado de dispositivlos automóviles por ejemplo.

Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integracion
que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador, dicho controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos.

Un microcontrolador dispone por lo general de lo siguiente:

• Unidad central de procesamiento.
• Memoria RAM para los datos que se contendran.
• Memoria [ ROM | PROM | EPROM ] para el programa.
• Linea de Entrada/Salida para comunicacion exterior.
• Modulos de control de perifericos 
• Generadores de pulsos de reloj para la sincronizacion del sistema.

Otra parte es Random Access Memory y se utiliza para guardar datos durante la ejecuccion de las instucciones. Dicha memoria es reducida ya que solo necesita contener unas cuantas variables y cambios de informacion durante la ejecuccion del programa. A esta memoria se le otorgan alrededor de 512 bytes.

Los microcontroladores actuales solo pueden tener uno de cinco de los tipos de memoria no volatil, como son:

-ROM: una memoria no volatil que puede procesar cantidades de varios miles de unidades.
-OTP: una memoria no volatil que solo puee ser programada una sola vez por el usuario.
-EPROM: su nombre indica su funcion (Erasable programmable read only memory) solo cuenta con una particularidad ya que debe exponerse a rayos ultravioleta durante varios minutos para poder borrarle el contenido.
-EEPROM: es la version mejorada de la EPROM ya que este tipo de memorias se pueden borrar con electricidad, no son necesarios los rayos UV. Pero se deben usar con cuidado ya que su reprogramacion cumple un ciclo finito de veces, no son eternos.
-FLASH: cumple la funcion de una ROM y una RAM, porque se puede leer y escribir informacion en dicha memoria, haciendola una memoria mas veloz que la EEPROM pero cambiando el coste de tolerancia para los ciclos de escritura y borrado.

EPROM

Modulos de control y generador de pulsos 

Los microcontroladores estan diseñados para soportar lineas de E/S para comunicar el computador interno con los perifericos exteriores y asi proporcionar soporte a las señales de entrada, salida y control. Cada microcontrolador dispone de un circuito oscilador que genera un onda cuadrada de alta frecuencia ( es decir, una onda que envia valores entre dos rangos fijos ) que configura los pulsos de reloj usados en la sincronización de todas las operaciones del sistema.
Para estabilizar la frecuencia de trabajo suele usarse un cristal de cuarzo junto con otros elementos pasivos, en su defecto un resonador ceramico, o una red RC.
Aumentar la frequencia de reloj hace una ejecuccion de instrucciones mucho mas rapida, pero aumenta considerablemente el consumo de energía.