Avaliação do desempenho de microcontrolador com arquitetura RISC-V em relação a arquitetura ARM aplicado em processos contínuos utilizando o método de controle PID

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Silva, André Roberto da
Orientador(a): Aroca, Rafael Vidal lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
PID
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/22088
Resumo: The present work evaluated the performance of a microcontroller based on the open-source RISC-V architecture in comparison to another one with ARM Cortex-M0+ architecture, within the scope of applications in continuous process control systems. The control method used was PID (Proportional, Integral, and Derivative), applied in a booster pump system, with the reservoir water level as the controlled process variable. In addition to the two architectures, another variable investigated was the programming language used for firmware development; C/C++ and MicroPython were chosen. The project included the development of a hybrid hardware that supports two commercially available microcontroller platforms in the national market: one of them is LuatOS, an embedded system using the ESP32-C3 microcontroller with RISC-V architecture, and the other is the Raspberry Pi Pico, developed with the RP2040 microcontroller, which features an ARM Cortex-M0+ core. The results obtained from this work are useful for guiding the choice of architecture in the design and development of control devices. Due to the good performance shown by the MicroPython language during the testing phase, a block programming tutorial with the BIPES platform for PID control on embedded systems with a RISC-V core was developed, thus enabling greater accessibility to this emerging technology in automation and control projects.
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The control method used was PID (Proportional, Integral, and Derivative), applied in a booster pump system, with the reservoir water level as the controlled process variable. In addition to the two architectures, another variable investigated was the programming language used for firmware development; C/C++ and MicroPython were chosen. The project included the development of a hybrid hardware that supports two commercially available microcontroller platforms in the national market: one of them is LuatOS, an embedded system using the ESP32-C3 microcontroller with RISC-V architecture, and the other is the Raspberry Pi Pico, developed with the RP2040 microcontroller, which features an ARM Cortex-M0+ core. The results obtained from this work are useful for guiding the choice of architecture in the design and development of control devices. Due to the good performance shown by the MicroPython language during the testing phase, a block programming tutorial with the BIPES platform for PID control on embedded systems with a RISC-V core was developed, thus enabling greater accessibility to this emerging technology in automation and control projects.O presente trabalho avaliou o desempenho de um microcontrolador baseado na arquitetura open-source RISC-V em relação a outro que possui arquitetura ARM Cortex-M0+, no âmbito das aplicações em sistemas de controle de processos contínuos. O método de controle utilizado foi o PID (Proporcional, Integral e Derivativo), aplicado em uma planta de recalque, sendo o nível de água do reservatório a variável de processo controlada. Além das duas arquiteturas, outra variável investigada foi a linguagem de programação utilizada no desenvolvimento do firmware; optou-se pelo uso das linguagens C/C++ e MicroPython. O projeto incluiu o desenvolvimento de um hardware híbrido que suporta duas plataformas microcontroladas disponíveis no mercado nacional: uma delas é a LuatOS, sistema embarcado que utiliza o microcontrolador ESP32-C3 com arquitetura RISC-V, e a outra é a Raspberry Pi Pico, desenvolvida com o microcontrolador RP2040, que possui um núcleo ARM Cortex-M0+. Os resultados obtidos com este trabalho são úteis para balizar a escolha da arquitetura no projeto e desenvolvimento de dispositivos de controle. Devido ao bom desempenho apresentado pela linguagem MicroPython durante a fase de testes, foi desenvolvido um tutorial de programação em blocos com a plataforma BIPES para controle PID em sistemas embarcados com núcleo RISC-V, possibilitando assim maior acessibilidade ao uso dessa tecnologia emergente em projetos de automação e controle.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessContinuous processesCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::LINGUAGENS DE PROGRAMACAORISC-VPIDProcessos contínuosAvaliação do desempenho de microcontrolador com arquitetura RISC-V em relação a arquitetura ARM aplicado em processos contínuos utilizando o método de controle PIDPerformance evaluation of a microcontroller with RISC-V architecture compared to ARM architecture applied to continuous processes using the PID control methodinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertacao_Andre_Roberto_Final.pdfDissertacao_Andre_Roberto_Final.pdfapplication/pdf4552014https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9a3051e9-1f54-41d6-beaa-8e7e19466f1e/downloadc7769e32c220cfed26f9c6b32561dd97MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8905https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/94389b78-2761-44ab-aa26-f200b7c03e19/download57e258e544f104f04afb1d5e5b4e53c0MD52falseAnonymousREADTEXTDissertacao_Andre_Roberto_Final.pdf.txtDissertacao_Andre_Roberto_Final.pdf.txtExtracted texttext/plain102846https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2ed30ac7-14d9-41b7-9082-6613bc977254/download561e1c2fee8719e641befcc74ea3f842MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertacao_Andre_Roberto_Final.pdf.jpgDissertacao_Andre_Roberto_Final.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4006https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/298d51f6-9466-4518-8985-32629cf76690/download3dd056ae7672152e5d507ce601a0cd44MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/220882025-05-21 00:20:02.774http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22088https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-05-21T03:20:02Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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