Detail předmětu
Návrh externích adaptérů a vestavěných systémů
NAV Ak. rok 2014/2015 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
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
Zajišťuje ústav
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.
- 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.
Doporučené prerekvizity
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
- Znalost programování v asembleru a v jazyce C, základy VHDL.
- Znalost principů elektronických obvodů a počítačových architektur.
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 seminářů
- Vestavěný systém, postupy návrhu, specifikace, požadavky na vestavěný systém.
- Výběr vhodné platformy, mikrokontroléru. Kdy je a kdy není vhodné použít mikrokontrolér.
- Hardwarové a softwarové řešení funkcí vestavěného systému.
- 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.
- 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.
- Typická architektura software vestavěného systému. Testování, ladění a diagnostika vestavěných systémů.
- Systémová sběrnice. Konstrukce adaptéru systémové sběrnice, návrh adresového dekodéru, obsluha čtecí a zápisové transakce.
- Principy řízení periferních operací. Programové řízení periferní operace, generování a obsluha žádosti o přerušení, generování žádosti o přenos DMA a jeho realizace.
- Architektura sběrnice PCI a PCI-X. Komunikační protokol, arbitrace, obsluha přerušení a zotavení z chyb, protokoly Retry a Disconnect.
- Architektura sběrnice PCI-Express. Vrstvový model, konfigurační prostor, směrování transakcí.
- 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.
- Architektura sběrnice USB. Typy transakcí, detekce a zotavení z chyb, modely komunikace se systémovým software.
- 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.
Průběžná kontrola studia
Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.
Kontrolovaná výuka
- Laboratorních cvičení - 8 bodů.
- Hodnocený projekt s obhajobou - 17 bodů.
- Půlsemestrální písemná práce - 15 bodů.
- Závěrečná zkouška - 60 bodů.
Zařazení předmětu ve studijních plánech