PDF de programación - Instrumentación de Tiempo Real - Tema 5. Recursos de temporización de bajo nivel

Instrumentación de Tiempo Real

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

Tema 1. Introducción
Tema 2. Recursos de acceso al hardware
Tema 3. Interrupciones
Tema 4. Puertas básicas de entrada/salida (I)
Tema 5. Recursos de temporización de bajo nivel
Tema 6. Multitarea en Ada
Tema 7. Puertas básicas de entrada/salida (II)

GRUPO DE COMPUTADORES Y TIEMPO REAL
DPTO. DE ELECTRÓNICA Y COMPUTADORES

© Mario Aldea Rivas

2/Mar/06

1

Necesidades de temporización en
programas de tiempo real

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La temporización es uno de los aspectos más característicos
de los sistemas de tiempo real
• necesidad de realizar acciones con una periodicidad

determinada o en un instante de tiempo prefijado

Requerimientos temporales más habituales en sistemas de
tiempo real:
• Realización de una tarea periódica

T

T

T

Tarea

Tarea

Tarea

Tarea

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Tiempo
Absoluto

2

Necesidades de temporización en
programas de tiempo real

(cont.)

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• Tarea con tiempo relativo de respuesta

Evento

T

Tarea

• Tarea a realizar en un instante de tiempo absoluto

Tarea

Hora

Tiempo
Absoluto

Tiempo
Absoluto

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Necesidades de temporización en
programas de tiempo real

(cont.)

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• Medida de tiempo relativo

T?

• Datación absoluta de eventos

Hora?

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Tiempo
Absoluto

Tiempo
Absoluto

4

Recursos hardware para gestión del
tiempo

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Temporizador:
• contador de ciclos de un reloj de frecuencia fija y conocida
• cuando la cuenta llega a 0 se produce una interrupción
Reloj de tiempo real:
• reloj utilizado para obtener la hora y la fecha, normalmente

con precisión de segundos

• tiene en cuenta cambios de hora "políticos" (compensación

a fin de año y cambios de horario verano/invierno)

Reloj monótono:
• el valor leido siempre crece con el transcurso del tiempo
• utilizado por MaRTE OS (Time Stamp Counter)

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Descripción de un temporizador
genérico

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Reloj

Habilitación

Disparo

Temporizador genérico

Contador

Cuenta inicial

Estado

Control

IRQ 0

OUT

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Descripción de un temporizador
genérico

(cont.)

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Cuenta inicial: valor inicial que se carga en el contador al
comienzo de cada cuenta
Contador: valor actual de la cuenta
• comienza al valor Cuenta inicial y se va decrementando con

cada ciclo de reloj

• cuando su valor llega a 0 se produce una interrupción
Número de bits de la cuenta (N): este número indica el máximo
valor que se puede contar (2N)
• la máxima duración del intervalo para la que es posible
programar el temporizador será 2N * periodo del reloj

Habilitación: señal hardware que habilita o inhibe la cuenta

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Descripción de un temporizador
genérico

(cont.)

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Registro de estado: permite leer el estado del temporizador
• lo más relevante será si ha terminado la cuenta o no
Registro de control: permite establecer el modo de operación
del temporizador
Modo de operación: establece los siguientes aspectos
• ¿cómo se inicia la cuenta? por orden software, por señal

externa, fin de cuenta anterior, ...

• ¿qué hacer cuando finaliza una cuenta? modificar salida,

generar interrupción, ...

• ...

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Temporizador programable (PIT)
(8253/8254)

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Contiene 3 temporizadores independientes, cada uno de ellos
de de 16 bits
• cuentan impulsos de un reloj de frecuencia 1.19318 MHz, lo

que equivale a un periodo de 838.0965 ns
• máxima longitud de cuenta: 216 * 838.0965 ≅ 55 ms
• su programación se realiza mediante 4

Mapa de E/S

registros de E/S

$3E
$3F
$40
$41
$42
$43
$44
$45

I

T
P

Contador 0
Contador 1
Contador 2

Control

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PIT

Estructura interna de registros

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Mediante el registro destinado a cada temporizador es posible
acceder a todos sus registros internos

Mapa de E/S

Contador 0
Contador 1
Contador 2

Control

$3E
$3F
$40
$41
$42
$43
$44
$45

I

T
P

Escritura
L e ctu ra

Temporizador 0

2º
msb

1º
lsb
Cuenta inicial

2º
msb

1º
lsb

Contador

1º

Estado

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PIT

Registros de E/S

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Dirección

E/S
$40
$40
$41
$41
$42
$42
$43
$43

Tipo

Operación
Escritura
Lectura
Escritura
Lectura
Escritura
Lectura
Escritura
Lectura

Función

Establece valor inicial del temporizador 0
Lee cuenta y/o estado del temporizador 0
Establece valor inicial del temporizador 1
Lee cuenta y/o estado del temporizador 1
Establece valor inicial del temporizador 2
Lee cuenta y/o estado del temporizador 2
Establece modo de control
Operación no permitida

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PIT

Registro de control

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Permite configurar el modo de operación de los contadores

SC1

SC0

RW1

RW2

M2

M1

M0

BCD

Sistema de cuenta:
0 - Binario
1 - BCD

Selecciona contador:
0 0 - Contador 0
0 1 - Contador 1
1 0 - Contador 2
1 1 - Lectura Retardada

Control Lectura/Escritura:
0 0 - Almacena en buffer
para lectura segura
0 1 - Lectura/escritura del
byte menos significativo
0 1 - Lectura/escritura del
byte más significativo
1 1 - Lectura/escritura
primero lsb después msb

Selecciona Modo:
0 0 0 - Modo 0
0 0 1 - Modo 1
x 1 0 - Modo 2
x 1 1 - Modo 3
1 0 0 - Modo 4
1 0 1 - Modo 5

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Modo 0:

Ciclo simple

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La cuenta se inicia:
• al establecer el modo
• o al escribir un nuevo valor de cuenta inicial
La salida se mantiene a nivel bajo hasta que finaliza la cuenta
El contador sólo cuenta si Gate vale 1

N

7

6

5

4

3

2

1

0

$FF
FF

$FF
FE

...

...

...

...

CLK

OUT

Se carga un 7
en el contador

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Modo 1:

Ciclo simple redisparable

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La cuenta se inicia (o reinicia) en el primer flanco de bajada de
la señal de reloj con Gate en estado alto
• un cambio en el valor de cuenta inicial no tiene efecto hasta

que se produzca un redisparo

La salida se mantiene a nivel bajo hasta que finaliza la cuenta

5

4

3

2

1

0

$FF
FF

$FF
FE

...

...

...

...

...

...

CLK

Gate

OUT

Disparo con
cuenta 5

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Modo 2:

Interrupción periódica

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La cuenta se inicia:
• al establecer el modo
• o al escribir un nuevo valor de cuenta inicial
• o cada vez que la cuenta llega a 0
La salida se mantiene a nivel alto mientras la cuenta es
distinta de 0 y a nivel bajo mientras la cuenta es 0

5

4

3

2

1

0

4

3

2

1

0

4

3

2

1

0

4

...

CLK

OUT

Se carga un 5
en el contador

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Modo 3:

Generador de onda cuadrada

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Igual que el modo 2, salvo en el valor de la salida
Si el valor de cuenta inicial es N:
• la salida permanece a nivel alto durante los N/2 primeros

ciclos ((N+1)/2 si N es impar)

• la salida permanece a nivel bajo durante los N/2 últimos

ciclos ((N-1)/2 si N es impar)

5

4

3

2

1

0

4

3

2

1

0

4

3

2

1

0

4

3

2

1

0

...

CLK

OUT

Se carga un 5
en el contador

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Modo 4:

Interrupción sobre fin de cuenta

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La cuenta se inicia:
• al establecer el modo
• o al escribir un nuevo valor de cuenta inicial
La salida se mantiene a nivel alto salvo mientras la cuenta
tiene el valor nulo

8

7

6

5

4

3

2

1

0

$FF
FF

$FF
FE

...

...

...

...

CLK

OUT

Se carga un 8
en el contador

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Modo 5:

Interrupción redisparable

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la cuenta se inicia con cualquier flanco positivo de la señal
Gate
• es, por tanto, redisparable
La salida se mantiene a nivel alto salvo mientras la cuenta
tiene el valor nulo

8

7

6

5

4

3

2

1

0

$FF
FF

$FF
FE

...

...

...

...

CLK

Gate

OUT

Se carga un 8
en el contador

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PIT: Lectura por almacenamiento

previo en el buffer

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SC1

SC0

0

0

X

X

X

X

0 0 - Almacena en buffer
para lectura segura

Selecciona contador:
0 0 - Contador 0
0 1 - Contador 1
1 0 - Contador 2
1 1 - No válido en este modo

Permite almacenar en un buffer el valor del contador para su
lectura segura
• el contador no detiene su cuenta
La primera lectura sobre el registro del contador retorna el lsb
y la segunda el msb de la cuenta almacenada

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PIT:

Lectura retrasada

UNIV