Detail předmětu
Mikroprocesorové a vestavěné systémy
IMPe Ak. rok 2014/2015 letní semestr 6 kreditů
Vestavěné systémy, základní pojmy, aplikace. Architektura mikrokontrolérů. Paměťový subsystém. Programovací model, programování v jazyku symbolických instrukcí. Soubor instrukcí a pseudoinstrukcí. Využití zásobníku. Podsystém přerušení a jeho programování. Vyzývací smyčka versus přerušení. Periferní jednotky na čipu a jejich programování: generátor hodin, běžný a diagnostický časovač, rozhraní SCI, IIC, SPI, USB, KBI modul, AD převodník, obvod reálného času RTC, nízkopříkonové režimy. Specifika programování vestavěných systémů v jazyce C.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
Zajišťuje ústav
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu
- Studenti jsou obeznámeni s obecnou strukturou mikrokontrolérů a technikami návrhu vestavěných systémů.
- Studenti jsou schopni vytvořit a odladit podprogramy a inicializační rutiny pro periferní obvody typicky dostupné na čipech mikrokontrolérů.
- Jsou schopni navrhnout a implementovat řídicí část jednoduché vestavné aplikace s ohledem na omezení kladená na výkon, příkon, počet vývodů apod.
- Umí používat základní techniky ladění aplikačních programů vytvořených v asembleru a jazyce C.
Cíle předmětu
Seznámit studenty s architekturami mikrokontrolérů. Seznámit je s činností a konfigurací/programováním typických podsystémů realizovaných na čipu mikrokontrolérů, a to zejména: programovací model CPU, paměť, podsystém přerušení, běžný a diagnostický časovač, modul reálného času RTC, nízkopříkonové režimy, rozhraní SCI, SPI, IIC, USB, KBI modul, AD převodník. Seznámit studenty s architekturou instrukčního souboru a principy návrhu a ladění základních programů v jazyce symbolických instrukcí. Seznámit studenty se zásadami a technikami programování ve vyšším programovacím jazyce C a s problematikou návrhu vestavěných systémů.
Doporučené prerekvizity
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Obecná znalost architektury a principu činnosti skalárního procesoru (CPU), počítače a technik programování v jazyce symbolických instrukcí. Základní znalost programování v jazyce C.
Literatura studijní
- Materials for lectures, labs and exercises.
- J.W. Valvano, Embedded Systems: Real Time Interfacing to ARM Cortex-M Microcontrollers, ISBN 978-1463590154, 2017.
- K60 Sub-Family Reference Manual, available on-line: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/K60P144M100SF2V2RM.pdf
- ARM Cortex-M4 Processor Technical Reference Manual, available on-line: http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.100166_0001_00_en/index.html
Literatura referenční
- Study materials published by Freescale/NXP.
- KL05 Sub-Family Reference Manual, available on-line: https://www.nxp.com/docs/en/reference-manual/KL05P48M48SF1RM.pdf
- Cortex-M0+ Devices Generic Users Guide, available on-line: http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0662b/index.html
- Predko, M.: "Handbook of Microcontrollers", McGraw-Hill, ISBN 0079137164, 1998.
- J.W.Valvano, Embedded Systems: Introduction to ARM Cortex-M Microcontrollers, Volume 1, ISBN 978-1477508992, 2014.
Osnova seminářů
- Úvod do vestavěných systémů.
- CPU a periferie na čipu HC08/HCS08.
- Detekce událostí pomocí přerušení a vyzývání.
- Komunikační rozhraní SCI, SPI, IIC.
- Rozhraní USB.
- Časovač TPM. Systémové hodiny, obvod RTC a COP.
- A/D vzorkování, obsluha tlačítek pomocí KBI.
- Programování vestavných aplikací v jazyce C.
- Vestavné systémy pro řízení kritických aplikací.
- Návrh pro nízký příkon.
- Případové studie vestavných aplikací.
- Aplikace mikrokontrolérů ve fuzzy systémech.
Osnova laboratorních cvičení:
- Komunikace přes SCI rozhraní
- Obsluha tlačítek pomocí KBI modulu
- Generování PWM signálu s využitím modulu TPM
- Aplikace založená na AD převodníku
Osnova počítačových cvičení:
- Instrukční sada HCS08.
- Základy programování v asembleru.
- Pokročilé programování v asembleru.
- Simulátor periferií.
- Podpora návrhu časově kritických aplikací.
- Případové studie vestavných aplikací.
Osnova ostatní - projekty, práce:
- Individuální projekt v rozsahu 12 hodin.
Průběžná kontrola studia
Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.
Bez podmínek.
Kontrolovaná výuka
Kontrolována je účast a aktivita během přednášek, cvičení, laboratoří a prací na projektu. Veškeré úkoly musí být odevzdány do daných termínů; pozdní odevzdání úkolů je hodnoceno 0 body.