Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Návrh externích adaptérů a vestavěných systémů

NAV Ak. rok 2018/2019 letní semestr 5 kreditů

Jednotlivá témata přednášek jsou zaměřena na dílčí problémy, které musí návrhář řešit při návrhu komponent vestavěných systémů a adaptérů periferních zařízení. Studenti budou seznámeni s metodami využívanými při návrhu vestavěných systémů a externích adaptérů a možnostmi využití postupů, s nimiž se seznámili v předmětech zaměřených na technické vybavení počítačů. Laboratorní cvičení budou zaměřena na prezentaci těchto principů při návrhu vestavěných systémů a externích adaptérů v prostředí návrhového systému.

Garant předmětu

Zástupce garanta předmětu

Jazyk výuky

česky

Zakončení

zkouška (písemná)

Rozsah

26 hod. přednášky, 16 hod. laboratoře, 10 hod. projekty

Bodové hodnocení

60 zkouška, 15 půlsemestrální test, 8 laboratoře, 17 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

Cvičící

Matoušek Denis, Ing. (UPSY FIT VUT)
Šimek Václav, Ing. (UPSY FIT VUT)

Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu

  • Studenti se seznámí s principy návrhu číslicových systémů se složitým sekvenčním chováním respektující podmínky prostředí, do něhož bude aplikace nasazena.
  • Seznámí se se současnými nástroji pro podporu práce návrháře.
  • Naučí se rozhodovat mezi možnými způsoby realizace, tzn. rozdělit implementaci mezi obvodové a programové prostředky.
  • 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.

Dovednosti, znalosti a kompetence obecné

  • Student se naučí systematickému postupu návrhu inženýrského díla samostatně i v týmu.
  • Student se naučí odborné terminologii v českém i anglickém jazyce.

Cíle předmětu

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.

Prerekvizity

Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti

  • Znalost programování v asembleru a v jazyce C, základy VHDL.
  • Znalost principů elektronických obvodů a počítačových architektur.

Literatura studijní

  • Texty přednášek v elektronické podobě.
  • Stuart R. Ball: Embedded Microprocessor Systems: Real World Design. Newnes, 2002, ISBN 0-7506-7534-9.
  • Jonathan W. Valvano: Embedded Microcomputer Systems, Real Time Interfacing. Brooks/Cole, 2000, ISBN 0-534-36642-2.

Literatura referenční

  • 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.

Osnova přednášek

  1. Vestavěný systém, postupy návrhu, specifikace, požadavky na vestavěný systém.
  2. Výběr vhodné platformy, mikrokontroléru. Kdy je a kdy není vhodné použít mikrokontrolér.  
  3. Hardwarové a softwarové řešení funkcí vestavěného systému.
  4. Číslicové vstupy, snímání binární informace, číslicové výstupy, ovládání dvoustavových akčních členů, rozšiřování číslicových vstupů a výstupů. Analogový vstup a výstup, převodníky, komparátory, 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. Typická architektura software vestavěného systému. Testování, ladění a diagnostika vestavěných systémů.
  7. Systémová sběrnice. Konstrukce adaptéru systémové sběrnice, návrh adresového dekodéru, obsluha čtecí a zápisové transakce.
  8. Principy řízení periferních operací. Programové řízení periferní operace, generování a obsluha žádosti o přerušení, generování žádosti o přenos DMA a jeho realizace.
  9. Architektura sběrnice PCI a PCI-X. Komunikační protokol, arbitrace, obsluha přerušení a zotavení z chyb, protokoly Retry a Disconnect.
  10. Architektura sběrnice PCI-Express. Vrstvový model, konfigurační prostor, směrování transakcí.
  11. Architektura ovladače adaptéru v rámci operačního systému. Komunikace mezi uživatelským prostorem a modulem, komunikace mezi modulem a adaptérem, modely blokujících a neblokujících operací, přenosy DMA.
  12. Architektura sběrnice USB. Typy transakcí, detekce a zotavení z chyb, modely komunikace se systémovým software.
  13. Uplatnění principů testovatelnosti při syntéze vestavěných systémů a externích adaptérů.

Osnova ostatní - projekty, práce

  • Základní návrh malého vestavěného systému nebo architektury externího adaptéru.

Průběžná kontrola studia

  • Laboratorních cvičení - 8 bodů.
  • Hodnocený projekt s obhajobou - 17 bodů.
  • Půlsemestrální písemná práce - 15 bodů.
  • Závěrečná zkouška - 60 bodů.

Rozvrh

DenTypTýdnyMístn.OdDoPSKSkupInfo
Pozkouška2019-06-03 L333 12:0013:50 1MIT 2MIT 2. oprava
Útzkouška2019-05-28 L304 11:0012:50
Útpřednáškavýuky A112 13:0014:50 1MIT 2MIT MPV xx
Čtzkouška2019-05-16 E104 13:0014:50 1MIT 2MIT řádná
Čtlaboratořvýuky L306 15:0016:50

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2, obor MBI, MBS, libovolný ročník, povinně volitelný skupina C
  • Program IT-MGR-2, obor MGM, MIN, MIS, MMM, libovolný ročník, volitelný
  • Program IT-MGR-2, obor MPV, 2. ročník, povinný
  • Program IT-MGR-2, obor MSK, 2. ročník, povinně volitelný skupina C
Nahoru