Podpora studentů při tvorbě aplikací pro vestavěné systémy - FITkit

(Kliněte na obrázek pro vstup do systému podpory)

Prvkem, který obohatí stávající studijní programy jsou jednoduché univerzální kity pro experimenty a prototypování číslicových počítačových vestavěných systémů.

Potenciál regionu v oblasti IT nespočívá totiž pouze v pobočkách věhlasných nadnárodních koncernů vytvářejících IT produkty pro miliony uživatelů, ale také v lokálních firmách, které se prosazují na světovém trhu aplikacemi účelově šitými na míru konkrétním zákazníkům. Zde většinou neobstojí konvenční technické vybavení, tyto firmy proto dodávají svým zákazníkům komplexní řešení zahrnující nejen SW, ale také na míru šitý HW. V těchto vysoce specializovaných výrobcích bývá často složitý vestavěný systém, jehož výpočetní výkon dovoluje zvládat poměrně složité úlohy a obstojí i v náročném prostředí. Brněnský region má například dlouholetou tradici ve vývoji a výrobě elektronových mikroskopů, současné Brněnské firmy Tescan či FEI mají vlastní vývoj i výrobu a prodávají a servisují své výrobky bez nadsázky po celém světě. Na vestavěné aplikace je zaměřena i třeba firma Brněnská firma UNIS, která rovněž díky vlastnímu vývoji tvoří světovou špičku v nástrojích pro vývoj aplikací, je řešitelem řady Evropských projektů a její produkty přebírají a dále distribuují výrobci jako Motorola, Fujitsu či National Semiconductor. Dalším příkladem úspěšné Brněnské firmy s vývojem a výrobou na míru šitých vestavěných aplikací je Camea, která je proslulá zejména systémy pro řízení dopravy, jejichž odběratelem je řada institucí na státní úrovni, dodává však do celého středoevropského regionu. Toto zdaleka není vyčerpávající výčet firem zaměřených na tvorbu komplexních vestavěných IT aplikací. Tyto aplikace mají společné hlavně to, že je třeba silně uplatňovat tzv. HW-SW Codesign, tedy technologie, kdy programové vybavení a technické prostředky, na kterých poběží, se navrhují společně jako nerozdělitelný systém a zpravidla svými parametry (díky specifikům konkrétní cílové aplikace zohledněným při návrhu) vyhrávají nad obecnými řešeními, které nabízí velcí výrobci. Firmy, které je tvoří, jsou charakteristické převažujícím podílem zaměstnanců ? kvalifikovaných vývojářů nad méně kvalifikovanými výrobními a montážními silami.

Právě podobné firmy jsou v ČR velmi úspěšné a dokáží skvěle konkurovat i velkým nadnárodním společnostem. Je to proto, protože zde je relativní dostatek kvalifikovaných vývojářů a přitom není třeba držet v Evropě obecně drahé velké výrobní kapacity. Kvalifikovaný vývojář potřebuje mít znalosti teoretické i technologické a to jak z oblasti SW, tak i z oblasti HW (obě oblasti jsou při vývoji podobných. Na pozice těchto vývojářů se znamenitě hodí právě absolventi studijních programů FIT VUT v Brně. Absolventům elektrotechnických směrů chybí znalosti programování, absolventům čistě informatických oborů chybí znalosti (elektro)technického vybavení a technologií.

Je třeba si uvědomit, že pouhá teorie nepřipraví studenta na jeho budoucí práci zcela dostatečně. Zvláště v případě, že má vyvíjet jednoúčelové aplikace, kde úzce souvisí programování a specializovaný hardware. Pro tyto případy jsou samozřejmě součástí výuky laboratorní cvičení s podobnými prostředky. Téměř nejdůležitějším aspektem takovéto výuky je jakási ztráta ostychu studenta z na první pohled složité a pro něj zatím neprozkoumané techniky. Zatímco například při klasické výuce programování na běžném osobním počítači je pro studenta PC velmi důvěrně známým nástrojem (většina s PC pracuje již dlouho a mají jej doma či na kolejích), mikrokontrolér, hradlové pole či digitální signální procesor a jejich elektrické propojení s aplikací, pomocí čidel a akčních členů s reálným světem je pro ně věc zcela nová. Studenti v první, poměrně dlouhé fázi hledají jakýsi vhled do celé problematiky, potřebují akceptovat, vzít za vlastní zákonitosti, které v tomto světě panují, zbavit se dojmu, že je v systému stále někde skryto cosi, čeho funkci dosud zcela nepochopili a neovládli a co jim může do jejich rodících se prvních aplikací vnést nějaké pro ně neuchopitelné chování. Protože však počet zájemců o studium na FIT je velký a fakulta se na to snaží reagovat zvyšováním počtu studentů v ročnících, není možné, aby každý student na svém laboratorním pracovišti strávil dost hodin na to, aby se pro něj práce s podobnými systémy vždy stala rutinou, aby se zbavil svého ostychu. Přitom tento ostych dle zkušeností velmi často i u jinak nadaných studentů způsobí, že na tuto oblast IT (která však, jak bylo uvedeno a zdůvodněno výše, skýtá v našem regionu významný a perspektivní trh práce!) takřka zanevřou a věnují se raději oblastem, kde se pracuje s jejich dobře známým a osvojeným PC.

Aby se tento trend zvrátil, vzniká na FIT iniciativa dát studentům technologie vestavěných systémů ?do ruky? a nechat je, aby si s nimi mohli svobodně experimentovat a ztráceli ostych podobně, jako je tomu běžně třeba s PC. Každý student by měl svůj kompaktní a jednoduchý kit, obsahující mikrokontrolér či signálový procesor, rozsáhlé univerzální hradlové pole a řadu běžných periferií. Na tomto kitu by mohl experimentovat od počátku svého studia (od prvního ročníku bakalářského studijního programu) při cvičeních a použil by jej pro řešení individuálních projektů v povinných i volitelných předmětech bakalářského i magisterského studijního programu zaměřených na počítačové systémy. Z povinných předmětů lze jmenovat např. Prvky počítačů, Návrh číslicových systémů, Návrh počítačových systémů, Mikroprocesorové a vestavěné systémy, Periferní zařízení, Návrh externích adapterů a vestavěných systémů, Hardware/software codesign a další volitelné předměty. Nejprve by šlo o experimenty s jednoduchými elementárními obvody obecných počítačových systémů (které jsou společné i PC), s jejich spojováním do větších celků a s jejich programováním. Tím by si prakticky ověřoval teoretické znalosti z mnoha elementárních i pokročilých předmětů studijního programu, kterými by procházel. Ke konci bakalářského programu by dokázal na svém kitu experimentovat s účelově vytvořenými vestavěnými systémy, které jsou schopny interakce s okolím. Zvládl by moderní technologie jako je HW-SW Codesign, programování hradlových polí FPGA v jazyce VHDL, tvorba aplikací pro mikrokontroléry či signálové procesory v jazyce C, C++ a podobně. Se vším by mohl podle libosti experimentovat sám tak dlouho, dokud by nezískal potřebnou jistotu. Při tom by měl samozřejmě podporu ve vyučujících fakulty, s nimiž by mohl konzultovat a knihovny řešených příkladů a cvičení ke stažení v informačním systému fakulty. Předpokládá se, že bude vypsána řada bakalářských a diplomových projektů, v nichž bude kit využit, předpokládá se vypsání takových projektů, jejichž výsledky by byly zpětně aplikovatelné do výuky a obohatili podpůrné prostředky, které jsou ke kitu k dispozici. Kit je koncipován tak, aby základní softwarová podpora (vývojové a ladicí prostředí, příklady) byla dostupná každému zdarma na internetu (poskytují výrobci komponent, z nichž se skládá kit).

Klíčové aktivity