Detail předmětu

Návrh vestavěných systémů

FIT-NAVAk. rok: 2019/2020

Jednotlivá témata přednášek jsou zaměřena na dílčí problémy, které musí návrhář řešit při návrhu komponent vestavěných systémů. Studenti budou seznámeni s metodami využívanými při návrhu vestavěných systémů 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 v prostředí návrhového systému.

Výsledky učení 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 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.

Prerekvizity

  • Znalost programování v asembleru a v jazyce C, základy VHDL.
  • Znalost principů elektronických obvodů a počítačových architektur.

Doporučená nebo povinná literatura

Daniele Lacamera: Embedded Systems Architecture - Explore architectural concepts, pragmatic design patterns, and best practices to produce robust system. Packt Publishing, 2018, ISBN 978-1788832502.
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.

Způsob a kritéria hodnocení


  • Laboratorních cvičení - 8 bodů.
  • Hodnocený projekt s obhajobou - 17 bodů.
  • Půlsemestrální písemná práce - 15 bodů.
  • Závěrečná zkouška - 60 bodů.

Jazyk výuky

čeština

Cíl

Rozvíjet znalosti získané v předmětech zaměřených na konstrukci počítačů, demonstrovat tyto principy při návrhu vestavných počítačových systémů a jejich integrace. 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 vestavěných systémů a s využitím návrhových systémů pro návrh těchto komponent.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
    obor MBI , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný
    obor MIS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MIN , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MMM , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    obor MGM , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NBIO , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NISD , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NISY , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NIDE , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NCPS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný
    specializace NSEC , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NMAT , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NGRI , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NNET , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NVIZ , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NSEN , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NMAL , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NHPC , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NVER , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
    specializace NEMB , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný
    specializace NADE , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný
    specializace NSPE , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MPV , 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný
    obor MSK , 2. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova


  1. Vestavný počítačový systém, postupy návrhu, specifikace, požadavky na vestavný systém.
  2. Výběr vhodné platformy pro implementaci, volba vhodného mikrokontroléru. Kdy je a kdy není vhodné použít mikrokontrolér. Jiné možnosti realizace vestavného systému. Hardwarové a softwarové řešení funkcí vestavného systému.
  3. Číslicové vstupy, snímání binární informace, číslicové výstupy, ovládání dvoustavových akčních členů, rozšiřování číslicových vstupů a výstupů, posílení číslicového výstupu pro ovládání dvoustavových akčních členů.
  4. Typické moduly na čipu současných mikrokontrolérů a jejich využití v návrhu vestavného systému k efektivní podpoře činnosti jádra (host z NXP).
  5. Návrh plošných spojů pro realizaci vestavného systému. Možnosti a využití návrhového systému, typické struktury, jejich parametry a efektivní využití, postup návrhu od schématu až po výrobní podklady.
  6. Analogový vstup a výstup, převodníky, komparátory, ovládání analogových akčních členů. Připojování senzorů k vestavnému systému, moderní typy senzorů a jejich rozhraní.
  7. Základy návrhu ASIC, prostředky, možnosti, základní pojmy a postup návrhu (host z UMEL FEKT).
  8. Půlsemestrální test.
  9. Napájení a spotřeba vestavěného systému. Principy a techniky úspory energie u mobilních a nositelných vestavných systémů.
  10. Systémový návrh vysoce integrovaných vestavných systémů, návrh systému na čipu (host z ASICentrum).
  11. Ovládání vestavného systému člověkem, klávesnice, zobrazení stavu a jiné informace, displeje LED a LCD znakové i grafické a jejich ovládání.
  12. Komunikace v rámci víceprocesorového vestavěného systému, komunikace s vnějšími systémy, sériová synchronní a asynchronní, paralelní, používané protokoly, sítě. Bezdrátová komunikace.
  13. Typická architektura software vestavěného systému. Programové konstrukce užívané při programování vestavných systémů, styly a techniky programování vestavných systémů. Ladění a diagnostika vestavěných systémů.

Laboratorní cvičení

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova


  • Minimální vestavěný počítačový systém s mikrokontrolérem.
  • Praktické rozšíření počtu výstupů mikrokontroléru.
  • Komunikace mikrokontroléru s periferií, senzorem.
  • Ovládání zátěže push-pull driverem a H-můstkem.

Projekt

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova


  • Základní návrh malého vestavěného systému.