Název:

Návrh externích adaptérů a vestavěných systémů

Zkratka:NAV
Ak.rok:2017/2018
Semestr:letní
Studijní plán:
ProgramOborRočníkPovinnost
IT-MGR-2MBI-povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MBS-povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MGM-volitelný
IT-MGR-2MIN-volitelný
IT-MGR-2MIS-volitelný
IT-MGR-2MMI-povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MMM-volitelný
IT-MGR-2MPV2.povinný
IT-MGR-2MSK2.povinně volitelný - skupina C
Vyučovací jazyk:čeština
Kredity:5 kreditů
Ukončení:zkouška (písemná)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:26016010
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:60150817
Garant:Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA, UPSY
Přednášející:Kořenek Jan, Ing., Ph.D., UPSY
Martínek Tomáš, Ing., Ph.D., UPSY
Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA, UPSY
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačových systémů FIT VUT v Brně
Prerekvizity: 
Hardware/Software Codesign (HSC), UPSY
Rozvrh:
DenVýukaTýdenMístnostOdDoPSKSk-odSk-do
PopřednáškavýukyD020710:0011:501MITxxxx
PopřednáškavýukyD020710:0011:502MIT17 MPV17 MPV
 
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.
Anotace:
  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.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti:
  
  • Znalost programování v asembleru a v jazyce C, základy VHDL.
  • Znalost principů elektronických obvodů a počítačových architektur.
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.
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 laboratorních cvičení:
 
  • Minimální vestavěný počítačový systém s mikrokontrolérem.
  • Praktické rozšíření počtu výstupů mikrokontroléru.
  • Komunikace mikrokontroléru s periferií, senzorem.
  • Ovládání ss motoru s reverzací.
  • Návrh adaptéru: Konstrukce adresového dekodéru pro zařízení na sběrnici PCI.
  • Návrh adaptéru: Zapojení a test vestavěných paměťových bloků.
  • Návrh adaptéru: Modul pro komunikace skrze protokol RS232.
  • Návrh adaptéru: Blokové zpracování dat, konstrukce automatu.
Osnova ostatní - projekty, práce:
 
  • Základní návrh malého vestavěného systému nebo architektury externího adaptéru.
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.
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.
Průběžná kontrola studia:
  
  • Laboratorních cvičení - 8 bodů.
  • Hodnocený projekt s obhajobou - 17 bodů.
  • Půlsemestrální písemná práce - 15 bodů.
  • Závěrečná zkouška - 60 bodů.