Návrh externích adaptérů a vestavěných systémů

• 26 hod. přednášky
• 16 hod. laboratoře
• 10 hod. pc laboratoře

Studenti se seznámí s principy návrhu číslicových systémů se složitým sekvenčním chováním respektující podmínky prostředí, do něhož bude aplikace nasazena. Naučí se rozhodovat mezi možnými způsoby realizace, tzn. rozdělit implementaci mezi obvodové a programové prostředky. Seznámí se se současnými nástroji pro podporu práce návrháře. Naučí se navrhovat externí adaptéry základních periferních zařízení a samostatně pracující počítačové systémy nasazené do reálného prostředí a účelově komunikující s uživatelem, příp. dalšími nadřazenými systémy.

Rozvíjet znalosti získané v předmětech zaměřených na konstrukci počítačů, demonstrovat tyto principy při návrhu externích adaptérů a vestavěných systémů. Využít znalosti získané v předmětech zabývajících se návrhem číslicových systémů pro návrh a implementaci složitých číslicových systémů s komplikovaným sekvenčním chováním. Naučit studenty analyzovat podmínky, v nichž bude navrhované zařízení pracovat a na základě této analýzy zvolit řešení, které bude kompromisem z hlediska ceny, spolehlivosti a dynamických parametrů. V laboratorních cvičeních seznámit studenty se strukturou a principy činnosti komponent externích adaptérů a vestavěných systémů a s využitím návrhových systémů pro návrh těchto komponent.

• Hardware/Software Codesign (HSC)

Nejsou žádné prerekvizity.

• Miroslav Šnorek, Karel Richta: Připojování periferií k PC, Grada Publishing, 1996, ISBN 80-7169-146-1, 303 stran
• Tom Shanley, Don Anderson: PCI System Architecture, Addison Wesley, 1999, ISBN 0201309742, 833 stran
• Tom Shanley: PCI-X System Architecture, Addison Wesley, 2000, ISBN 0201726823, 688 stran
• Ravi Budruk, Don Anderson, Tom Shanley, PCI Express System Architecture, Addison Wesley, 2003, ISBN 0321156307, 1056 stran
• Don Anderson: Universal Serial Bus System Architecture, Addison Wesley, 2001, ISBN 0201309750, 544 stran
• Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, Greg Kroah-Hartman: Linux Device Drivers, 3rd Edition, O'Reilly Media, 2005, ISBN-10: 0596005903, 640 stran
• Jonathan W. Valvano: Embedded Microcomputer Systems, Real Time Interfacing. Brooks/Cole, 2000, ISBN 0-534-36642-2.
• Ken Arnold: Embedded Controller Hardware Design. LLH Technology Publishing, 2001, ISBN 1-878707-52-3.
• Stuart R. Ball: Embedded Microprocessor Systems: Real World Design. Newnes, 2002, ISBN 0-7506-7534-9.

1. Typické aplikace vestavěných systémů, požadavky na vestavěný systém.
2. Jádro vestavěného systému - procesor, jeho parametry ovlivňující cenu a výkon systému. Architektura procesorů využitelných ve vestavěných systémech.
3. Operační systémy vestavěných aplikací. Typická architektura systémového a aplikačního softwaru. Paměťový subsystém, připojení, časování, typy a vlastnosti.
4. Číslicové vstupy, snímání binární informace, číslicové výstupy, ovládání dvoustavových akčních členů, rozšiřování číslicových vstupů a výstupů, číslicová zpětnovazební smyčka, dvoustavová regulace. Analogový vstup a výstup, převodníky, komparátory, snímače polohy a ostatních veličin, ovládání analogových akčních členů.
5. Ovládání vestavěného systému člověkem, klávesnice, zobrazení stavu a jiné informace, displeje LED a LCD znakové i grafické, obrazovka. Komunikace v rámci víceprocesorového vestavěného systému, komunikace s vnějšími systémy, sériová synchronní a asynchronní, paralelní, používané protokoly, sítě.
6. Bezpečnost a odolnost proti poruchám. Pokročilé architektury a paralelismus ve vestavěných systémech, jejich programování. Realizace vestavěného systému hradlovým polem. Rozšířitelnost a náklady na vývoj.
7. Systémová sběrnice, principy její konstrukce, komunikace mezi procesorem a externím adaptérem přes systémovou sběrnici, universální obvody externího adaptéru.
8. Principy řízení periferních operací. Programové řízení periferní operace, generování a obsluha žádosti o přerušení, generování žádosti o přenos DMA a jeho realizace, vkládání čekacích stavů do komunikace s adaptéry.
9. V/V sběrnice, principy řízení periferních zařízení přes V/V sběrnici. Principy konstrukce rozhraní mezi adaptéry a periferními zařízeními. Obvody (prvky) pro buzení/snímání sběrnicových signálů.
10. Principy konstrukce paměťových obvodů na adaptérech. Principy komunikace s paměťovými prvky (registry, paměti) na adaptérech, adresace paměti, V/V adresový prostor.
11. Návrh externího adaptéru na bázi mikroprogramového řadiče. Návrh externího adaptéru na bázi sekvenčního automatu.
12. Syntéza externích adaptérů v prostředí návrhového systému.
13. Uplatnění principů testovatelnosti při syntéze vestavěných systémů a externích adaptérů.

• Analýza komunikace s externím adaptérem přes sběrnici ISA pomocí logického analyzátoru.
• Analýza komunikace s externím adaptérem přes sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
• Analýza obsluhy IRQ na sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
• Analýza DMA přenosů přes sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
• Návrh externího adaptéru s Boot ROM a její instalace do systému.
• Analýza dějů na rozhraní Centronics pomocí logického analyzátoru.
• Využití služeb DOSu a BIOSu pro řízení externích adaptérů a periferních zařízení.
• Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
• Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
• Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
• Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
• Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
• Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.

Absolvování laboratorních cvičení, půlsemestrální písemná zkouška.