Projektiranje ugradbenih računalnih sustava

Opis predmeta

Ugradbeni računalni sustavi predstavljaju jezgru gotovo svih suvremenih elektroničkih uređaja, pa je stoga znanje njihovog projektiranja i izvedbe od zahtjeva i zamisli pa do funkcionalnog uređaja izuzetno značajno. U okviru ovog kolegija stječu se specijalistička znanja iz njihovog projektiranja, kao i specifičnosti njihove izvedbe određene zahtjevima primjene. Kolegij pokriva slijedeće cjeline: Elementi i građa ugradbenih računalnih sustava. Kontroleri, procesori i procesori za digitalnu obradbu signala (DSP). Integrirani periferijski sklopovi. Komunikacijsko sklopovlje. Razvoj ugradbenih računalnih sustava temeljen na suvremenim 32-bitnim mikrokontrolerima i DSP procesorima. Specifičnosti programske podrške ugradbenih računalnih sustava. Posebni režimi rada sustava. Rad u stvarnom vremenu. Sklopovski i programski alati za razvoj računalnih sustava. Integracija sustava na "chipu". Primjeri ugradbenih računalnih sustava.

Opće kompetencije

Student stječe specijalistička znanja iz projektiranja ugradbenih računalnih sustava i specifičnosti njihove izvedbe određene zahtjevima primjene. Predmet obuhvaća rad s 32-bitnim mikrokontrolerima i procesorima za obradu signala.

Ishodi učenja

  1. razviti ugradbeni računalni sustav temeljen na 32-bitnom mikrokontroleru
  2. koristiti alate za elektromehaničko i funkcijsko uhodavanje i ispitivanje računalnih sustava
  3. analizirati tipove biblioteka i modele povezivanja programskih odsječaka
  4. razviti programsku podršku za rad sa sklopovljem koja koristi redefiniciju i preusmjeravanje sistemskih poziva
  5. koristiti ugrađeno periferno sklopovlje za komunikaciju između mikrokontrolera i vanjskog svijeta
  6. prepoznati prednosti procesora za digitalnu obradbu signala za primjene u ugradbenim računalnim sustavima
  7. primijeniti specifične izvebene jedinice DSP procesora za obradbu signala u stvarnom vremenu

Oblici nastave

Predavanja

jedanput tjedno 2 sata predavanja

Provjere znanja

međuispit i završni ispit

Laboratorijske vježbe

4 puta u semestru

Konzultacije

-

Stručni posjeti

jedanput u semestru

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Napomena / komentar Udio u ocjeni
Laboratorijske vježbe 0 % 20 % 0 % 20 %
Međuispit: Pismeni 0 % 35 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 35 %
Završni ispit: Usmeni 10 %
Ispit: Pismeni 0 % 70 %
Ispit: Usmeni 10 %
Napomena / komentar

Student stječe pravo na prolaz samo ako je na pismenim provjerama stekao barem 50% bodova (međuispitu i završnom).

Tjedni plan nastave

  1. Uvod. Pregled 32-bitnih mikrokontrolera. Arhitektura tipične 32-bitne procesorske jezgre. Programski model.
  2. Primjer arhitekture 32-bitnog mikrokontrolera. Memorijski model, unutrašnje sabirnice, ugrađeno periferno sklopovlje, upravljačko sklopovlje.
  3. Dizajn računalnog sustava. Električko spajanje kontrolera. Vanjsko sklopovlje. Primjer ugradbenog računalnog sustava.
  4. Elektromehanička integracija ugradbenog računalnog sustava. Funkcijsko uhodavanje sklopovlja. Sklopovski i programski alati za razvoj i uhodavanje. Osnovne inicijalizacije mikrokontrolera.
  5. Rad s ugrađenim periferijama. Prvi program. Vanjski zahtjevi za prekid i njihova obrada. Pisanje prekidnih funkcija u C jeziku.
  6. Okolina za razvoj programske podrške. Rad s bibliotekama. Modeli povezivanja. Oblikovanje funkcija koje koriste vanjsko sklopovlje - preusmjeravanje sistemskih poziva.
  7. Unutrašnji izvori prekida i njihovo posluživanje. Programski prekid. Prijenos argumenata u funkciju i iz funkcije. Oblikovanje funkcija koje koriste vanjsko sklopovlje - posluživanje programskog prekida.
  8. Međuispit.
  9. Primjer izvedbe i analiza rada semihosting agenta. Razvoj i pregled alata za uhodavane i ispitivanje računalnih sustava. Boundary-scan arhitektura.
  10. Sklopovlje za uhodavanje i ispitivanje ugrađeno u mikrokontrolere. Komunikacijska sučelja: SPI, TWI USB, itd.
  11. Suvremeni kontroleri, procesori i procesori za digitalnu obradu signala (DSP); njihove značajke, prednosti i nedostaci; primjena u ugradbenim računalnim sustavima.
  12. Specifičnosti DSP arhitekture, aritmetičko-logičke jedinice i instrukcije namijenjene za digitalnu obradu signala, memorijski sustav prilagođen podatkovno intenzivnim zadacima.
  13. Implementacija algoritama za digitalnu obradu signala na kontrolerima i DSP procesorima, analiza složenosti, performansi i zahtjeva na sustav. Optimizacija izvedbe, optimizacija brzine izvođenja, smanjenje potrošnje, tehnologije izvedbe sustava.
  14. Povezivanje DSP procesora i procesora opće namjene, host-port, dijeljena memorija, FIFO spremnik, serijske sabirnice, sinkronizacija. Posebni režimi rada sustava, autonomno napajanje, upravljanje taktom, sustavi s visokom pouzdanosti.
  15. Završni ispit.

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Automatika (profil)
Predmeti specijalizacije profila (2. semestar)
Elektroničko i računalno inženjerstvo (profil)
Predmeti specijalizacije profila (2. semestar)
Elektrotehnički sustavi i tehnologija (profil)
Predmeti specijalizacije profila (2. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
Predmeti specijalizacije profila (2. semestar)

Literatura

Mladen Vučić (2009.), Projektiranje ugradbenih računalnih sustava - Upotreba 32-bitnih mikrokontrolera, Materijali za predavanja, FER
Davor Petrinović (2009.), Projektiranje ugradbenih računalnih sustava - Primjena DSP procesora u ugradbenim računalima, Materijali za predavanja, FER
Jonathan W. Valvano (2006.), Embedded Microcomputer Systems, CL-Engineering
Robert Oshana (2005.), DSP Software Development Techniques for Embedded and Real-Time Systems, Elsevier

Predavanja

Laboratorijske vježbe