Název:

Návrh externích adaptérů a vestavěných systémů

Zkratka:NAV
Ak.rok:2011/2012
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-2MGM.-volitelný
IT-MGR-2MIN-volitelný
IT-MGR-2MIN.1.volitelný
IT-MGR-2MIS-volitelný
IT-MGR-2MIS.-volitelný
IT-MGR-2MMI-povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MMM-volitelný
IT-MGR-2MPS1.povinný
IT-MGR-2MPV2.povinný
IT-MGR-2MSK2.povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2EITE2.volitelný
Vyučovací jazyk:čeština
Kredity:5 kreditů
Ukončení:zkouška (písemná)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:26016100
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:60150817
Garant:Kotásek Zdeněk, doc. Ing., CSc., UPSY
Přednášející:Kořenek Jan, Ing., Ph.D., UPSY
Martínek Tomáš, Ing., Ph.D., UPSY
Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., UPSY
Cvičící:Košař Vlastimil, Ing., UPSY
Šimek Václav, Ing., UPSY
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačových systémů FIT VUT v Brně
Prerekvizity: 
Hardware/Software Codesign (HSC), UPSY
 
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.
Získané dovednosti, znalosti a kompetence:
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.
Osnova přednášek:
  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.
Osnova laboratorních cvičení:
  1. Analýza komunikace s externím adaptérem přes sběrnici ISA pomocí logického analyzátoru.
  2. Analýza komunikace s externím adaptérem přes sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
  3. Analýza obsluhy IRQ na sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
  4. Analýza DMA přenosů přes sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
  5. Návrh externího adaptéru s Boot ROM a její instalace do systému.
  6. Analýza dějů na rozhraní Centronics pomocí logického analyzátoru.
  7. Využití služeb DOSu a BIOSu pro řízení externích adaptérů a periferních zařízení.
  8. Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
  9. Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
  10. Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
  11. Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
  12. Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
  13. Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
Literatura referenční:
  1. William Buchanan: Applied PC, Interfacing, Graphics and Interrupts, Addison-Wesley, 1996, Anglie, ISBN 0-201-87728-7, 383 stran
  2. Friedhelm Schmidt: SCSI Bus & IDE Interface, Addison-Wesley, 1998, Anglie, ISBN 0-201-17514-2, 396 stran
  3. Miroslav Šnorek: Standardní rozhraní PC, Grada, 1992, ISBN 80-85424-80-0, 246 stran
  4. Miroslav Šnorek, Karel Richta, K.: Připojování periferií k PC, Grada Publishing, 1996, ISBN 80-7169-146-1, 303 stran
Literatura studijní:
  1. Texty přednášek v elektronické podobě.
Kontrolovaná výuka:
Absolvování laboratorních cvičení, půlsemestrální písemná zkouška.
Průběžná kontrola studia:
Půlsemestrální písemná práce.