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,
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 rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

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