Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Mikrokontroller alapú rendszerek

    A tantárgy angol neve: Microcontroller Based Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2016. január 3.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki alapszak     

    Beágyazott és irányító rendszerek szakirány   

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIAUA348 6 3/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Tevesz Gábor, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.aut.bme.hu/portal/VIAUA348
    4. A tantárgy előadója
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Tevesz Gáboregyetemi docensAUT
    Szabó ZoltántanársegédAUT
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    ((Szakirany("AVIbeágy", _) VAGY
    Szakirany("AVIirány", _) VAGY
    Szakirany("AVIszgalr", _) )
    VAGY Training.code=("5NAA7") )

    ÉS NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIAUAC06" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIAUAC06", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:

    -

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy célja, hogy a hallgatókat megismertesse az iparban legelterjedtebben használt mikrokontroller architektúrákkal, azok kiválasztási szempontjaival. A megszerzett ismeretek segítségével a hallgatók képessé válnak mikrokontroller alapú rendszerek hardver tervezésére és alacsonyszintű szoftver rendszerének megvalósítására. A kettő közötti elválaszthatatlan kapcsolatot rövid esettanulmányok mutatják be. A létrehozott egység monitorozási és diagnosztikai információs rendszerét gyors alkalmazásfejlesztő módszerek alkalmazásával alakítják ki a legelterjedtebb ipari platformokon.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Architektúrális alapok (3 hét)

    Digitális rendszerek központi egységei: mikroprocesszorok és mikrokontrollerek architektúrális összehasonlítása, kiválasztási szempontjai. 8/16/32 bites rendszerek, CISC/RISC és DSP architektúra. A megfelelő architektúra kiválasztásának jelentősége és hatása a rendszer legfontosabb jellemzőire (sebesség, bitkezelés, törtszámok kezelése, belső memória, regiszterbankok). Példák a megfelelő mikrokontroller architektúra kiválasztására. Az elterjedtebb mikrokontroller-architektúrák egy-egy neves képviselőjének megismerése (8051, ARM és DSP kontrollerek).

    Hardverközeli programok fejlesztése (2 hét)

    Assembly, C és blokkorientált hardver-közeli programfejlesztés. Programozási modell, utasításkészlet tulajdonságai. Tipikus ASM/C fejlesztő környezet bemutatása (SiLabs, Keil), a firmware szerkezete (konfigurálás, startup kód, megszakítási rendszer, gyors megszakításkezelés bankváltásokkal.) ASM betétek és ASM függvények használata. ASM és C programrészletek egyszerűbb részfeladatok megoldására. Komplett esettanulmány:  Egy valósidejű irányító rendszer szoftver rendszerterve szabadon konfigurálható mikrokontroller (SiLabs C8051F31x, C8051F04x) alkalmazásával.

    Mikrokontrollerek tipikus integrált perifériái (2 hét)

    Órajel-generátorok (belső, külső, PLL áramkörök), reset-, watch-dog áramkörök. Memória elemek (OTP ROM, flash, RAM, EEPROM). Időzítő és számláló egységek (üzemmódok, kvadratúra-enkóder, capture modul, PWM). Integrált aszinkron és szinkron kommunikációs egységek és protokollok (SCI, SPI, I2C, CAN). Digitális be- és kimenetek, a mikrokontroller portok speciális kialakítása. Analóg be- és kimenetek.  Megszakítási rendszer, prioritások kezelése. Konfigurálhatóság, crossbar.

    Mikrokontrollerek kapcsolódása környezetükhöz, tipikus illesztések (2 hét)

    Külső órajel generátorok, külső memóriák illesztése (párhuzamos/soros, a belső CSUNIT-ok használata, váróciklus-problémák). Analóg és digitális be- és kimenetek illesztési problémái, speciális perifériák (RTC, programozott logikák, ASIC áramkörök). Jelkonvertálás fizikai rétegre (RS232, RS485, CAN). EMC szempontok, leválasztások. Esettanulmány: konkrét hardver tervezési példa a feladat megfogalmazásától a kapcsolási rajzig.

    A hardver tervezés alapelvei és lépései (1 hét)

    CAD rendszerek használata a hardver tervezésben: kapcsolási rajz, szimuláció, nyomtatott áramkör tervező rendszerek és ezek legfontosabb tulajdonságai. Formai és tartalmi követelmények, alkatrészek és áramkörök technológiai kérdései (hagyományos/felületszerelt, rétegszám megválasztása, forrasztási technológia választása, stb.). EMC kérdések.Élesztés, programozás, tesztelés interfészei. ISP jelentősége. Egyedi és szabványos (JTAG) felületek. Belső és külső boot loader, firmware update lehetősége és megoldásai.

    Beágyazott operációs rendszerek alkalmazása (3 hét)

    Idő- és eseményvezérelt rendszerek legfontosabb tulajdonságai, szinkronizációs elvek, vezérlési szerkezetek. Ütemezés, taszkkezelés, kontextusváltás. Taszkok szinkronizációja: kritikus szakasz, szemaforok, mutexek és üzenetek kezelése, prioritási kérdések. A μC/OS-II operációs rendszer főbb jellemzői. Linux, Embedded Windows és Symbian operációs rendszerek beágyazott rendszerekben. Esettanulmányok: komplett irányító rendszer megvalósítása μC/OS-II operációs rendszer alatt. Szoftver példák ARM processzorokra Linux operációs rendszer alatt.

    Beágyazott rendszerek kapcsolódása host rendszerekhez (1 hét)

    Általános célú ill. beágyazott rendszerek összehasonlítása. Natív és menedzselt kód általános célú ill. beágyazott rendszerekben. Összevetés: .NET CF vs .NET FW, J2ME vs. J2SE. Gyors alkalmazásfejlesztés (RAD) módszerek. Kommunikációs megjelenítő, konfiguráló és tesztfelület kialakítása beágyazott rendszerekhez. Fejlesztés Visual C/C++ környezetben .NET platformon. Mikrokontroller API kialakítása, kommunikációs driver elkészítése. Esettanulmány: egyszerű kommunikációt megvalósító példaprogram elkészítése .NET platformon.

     

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    A tárgy anyaga előadásokon és gyakorlatokon kerül ismertetésre. Az előadások és a gyakorlatok az anyag ütemében váltogatják egymást, a gyakorlatokon  (ld. tematika dőlt betűs részei) példák és esettanulmányok formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott elméleti tananyag.

    10. Követelmények
     a. A szorgalmi időszakban:

    egy zárthelyi, egy otthoni feladat

     b. A vizsgaidőszakban:írásbeli vizsga
     c.  Elővizsga:nincs
     

    Az aláírás megszerzésének feltétele mind a zárthelyi, mind az otthoni feladat elfogadható (legalább elégséges szintű) megoldása. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte.

    11. Pótlási lehetőségek

    A zárthelyihez a TVSZ előírásai szerint mind a szorgalmi, mind a pótlási időszakban 1-1 pótlási lehetőséget biztosítunk. Az otthoni feladat vizsgaidőszakban nem pótolható.

    12. Konzultációs lehetőségek Órák előtt és után, továbbá a tanszéken, egyeztetés szerint.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Tevesz G.: Mikrokontroller alapú rendszerek (Elektronikus jegyzet). BME AUT, 2015.

    Ganssle, J. et al.: Embedded Hardware: Know It All. Elsevier/Newnes, 2007.

    Labrosse, J.J. et al.: Embedded Software: Know It All. Elsevier/Newnes, 2007.

    Labrosse, J.J.: MicroC/OS-II The Real-Time Kernel (Second edition). CMP Books, 2002.

    Hollabaugh, C.: Embedded Linux – Hardware, Software, and Interfacing. Addison-Wesley, 2002.

    Boling, D.: Programming Microsoft Windows CE .NET, Third Edition. Microsoft Press, Berlin 2003.

     

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra 56
    Félévközi készülés órákra 5
    Felkészülés zárthelyire 15
    Házi feladat elkészítése 20
    Vizsgafelkészülés 24
    Összesen 120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
    Dr. Tevesz Gáboregyetemi docensAAIT