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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Nagyteljesítményű mikrokontrollerek és interfészek

    A tantárgy angol neve: High Performance Microcontrollers and Interfaces

    Adatlap utolsó módosítása: 2014. szeptember 1.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak, MSc képzés       
    Számítógép-alapú rendszerek főspecializáció       

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIAUMA07 1 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Tevesz Gábor, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
    4. A tantárgy előadója
    Név: Beosztás: Tanszék, Intézet:
    Dr. Gál Tibor c. egyetemi tanár Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Mikrokontrollerek alapszintű ismerete, digitális technika alapelvei, tervezési módszerei
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIAUM167" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIAUM167", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy széleskörű ismereteket nyújt a számítógépes rendszerek és a nagyteljesítményű mikrokontrollerek architektúráiról, ill. építőelemeiről. A hagyományos architektúrák elemzését követően bemutatja a széles körben elterjedt speciális architektúrákat (ARM, DSP, hálózati- és grafikus vezérlők, GPGPU), s összeveti ezeket a szoft- és hardprocesszoros SoC eszközökkel. A tárgy hallgatói megismerkednek a teljesítményt, biztonságot és megbízhatóságot növelő, s a fogyasztást csökkentő módszerekkel. Részletesen foglalkoznak az irányítórendszer részeit összekapcsoló modern buszrendszerek mechanikai-, elektromos- és logikai jellemzőivel, a rendszer- és részrendszer szintű megbízhatósági kérdésekkel, s a komplex rendszereken belül a tantárgytárgy kitér a WEB, mobil, stb. alapú irányítás és diagnosztika lehetőségeire is.
    8. A tantárgy részletes tematikája

    Modern processzor- és számítógép architektúrák (2 hét)
    Utasításkészlet-, mikro- és számítógép architektúra. Általános jellemzők, a jó architektúra jellemzői, a fejlesztés motivációi, hierarchikus szintek, virtuális gépek. A koncepcionális szakadék csökkentése, magasszintű nyelvek és HW támogatásuk. Számítógép és processzor generációk. A teljesítőképesség növelése: Közönséges-, csővezetékes-,  szupercsővezetékes-, szuperskalár csővezetékes és VLIW szervezésű processzorok. A párhuzamos processzorok teljesítőképessége. A skalár és szuperskalár processzorok hatékonysága. Az aritmetikai- és az utasítás csővezeték. Adat- és vezérlési függőségek, elágazásjövendölés. Fejlett funkciók (többszálúság, többmagos architektúra, virtualizáció, fejlett configuráció és teljesítmény menedzsment, megbízható végrehajtási környezet, távoli kliens diagnózis és hibajavítás, fejlett vektorkiegészítés, stb.)

    Speciális célú processzorok (2 hét)
    ARM-, jel-, hálózati-, grafikus-, média és  cellaprocesszorok, ill. általános célra használt grafikus processzor egységek (GPGPU). Az ARM mikro- és utasításkészlet architektúra sajátosságai, arcitektúra-specifikus profilok, CPU üzemmódok, társprocesszorok, ISA és mikroarchitektúrális változatok (DSP és SIMD bővítés, Jazelle, Thumb, Thumb-2, VFP, NEON, TrustZone, virtualizáció támogatás). A jelfeldolgozási feladatok jellemzői, az illeszkedő ISA és mikroarchitektúrák. A hálózati processzorok feladatai, az RTC és a csővezetékes modell. A grafikus megjelenítés felbontóképesség/színmélység, sebesség és funkcionalitás jellemzői. A 2D és 3D grafika támogatása, a grafikus csővezeték. A médiaprocesszorok általános jellemzői, a Texas TMS320DM6467 digitális médiaprocesszora. A cella processzorok mikroarchitektúrája, programozási modellek és alkalmazási területek. GPGPU programozási elvek, GPU módszerek (leképzés, redukció, szétosztás, összegyűjtés, keresés, stb.) és alkalmazások.

    Többprocesszoros rendszerek (1 hét)
    Osztályozás és tipikus képviselőik. Vezérlésáramlásos-, adatáramlásos-, igény- és mintavezérelt rendszerek. Kommunikációs hálózatok. Gyorsítótár koherencia, SW és HW megoldások, könyvtár alapú és szimatoló protokollok, a MESI protokoll. Vektorszámítógép ISA és mikroarchitektúrák. Szisztolikus tömbprocesszorok.


    Interfészek és buszok (3 hét)
    Osztályozás, mechanikai-, elektromos- és logikai jellemzők. Tranzakciók, arbitráció, adatátvitel és címzés. Szinkron-, szemiszinkron- és aszinkron buszok. Aszimmetrikus és szimmetrikus jelátviteli rendszerek és áramköri megoldások, reflexiók, metastabilitás, élő behelyezés. Széles körben használt buszrendszerek: a PCI, PCIe, SATA,USB és Thunderbolt buszok mechanikai-, elektromos- és logikai jellemzői.

    RTL alapú szintézis (1 hét)
    A Verilog áttekintése. Szintetizálható és nem szintetizálható RTL. RTL és SW összehasonlítás. Közönséges kézfogásos és LocalLink protokollt (Xilinx) megvalósító adó és vevő Verilog leírása. Kombinált (fix és körforgó prioritású) arbiter klasszikus és Verilog alapú tervezése. Grafikus display vezérlő Verilog alapú tervezése USB-FPGA-RAM HW bázison.

    Programozható logikai eszközök (1 hét)
    A Xilinx, Altera és Cypress legmodernebb programozható eszközeinek bemutatása.

    Csipen integrált rendszerek (2 hét)
    Csoportosítás: programozható/nem programozható eszközök, szoft- és hard magos processzort tartalmazó eszközök. A fejlesztés módszerei és eszközei, paraméterezhető és fix IP elemek. A csipen integrált rendszerek (SoC) komponensei, blokkvázlat/logikai kapcsolási rajz/Verilog leírás: kapcsolók, LED-ek, programozott IO, I/O blokkok, közös I/O hálózatok, csipen belüli RAM, számláló/időzítő blokkok, megszakításkezelés, arbiter, több-kezdeményezős buszok, DMA vezérlő, egyszerű mikroprocesszor, kanonikus D8/A16 mikroszámítógép, alapvető mikrovezérlő, szabványos SoC buszok.

    WEB, mobil, stb. alapú irányítás és diagnosztika (1 hét)
    WEB-es és mobilos kapcsolódási lehetőségek és megoldások. Távvezérelt irányítás és diagnosztika.

    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 példák és esettanulmányok formájában kerül elmélyítésre az előadásokon elhangzott elméleti tananyag.
    10. Követelmények A szorgalmi időszakban: egy zárthelyi
    A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga
    Az aláírás megszerzésének feltétele legalább elégséges szintű zárthelyi. A vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte.
    11. Pótlási lehetőségek A zárthelyi szorgalmi időszakban egy alkalommal, pótlási időszakban szintén egy alkalommal pótolható.
    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, megbeszélés alapján.
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Gál T.: Interfésztechnikák.SZAK Kiad, 2010.
    Dr. Gál Tibor által készített óravázlatok, prezentációk, segédletek, amelyek letölthetők a tárgy honlapjáról.
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra

    42

    Félévközi készülés órákra

    15

    Felkészülés zárthelyire

    15

    Házi feladat elkészítése

    -

    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása

    -

    Vizsgafelkészülés

    48

    Összesen

    120

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név: Beosztás: Tanszék, Intézet:
    Dr. Gál Tibor c. egyetemi tanár Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
    Kiss Domokos tanársegéd Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék