Beágyazott és ambiens rendszerek laboratórium

A tantárgy angol neve: Embedded and Ambient Systems Laboratory

Adatlap utolsó módosítása: 2007. november 22.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki alapszak, Beágyazott és irányító rendszerek szakirány, Beágyazott és ambiens rendszerek ágazat
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIA350 6 0/0/3/f 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fehér Béla,
4. A tantárgy előadója
Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
Dr. Fehér Bélaegyetemi docensMéréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Digitális technika

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


ÉS NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIMIAC09" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIAC09", "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 hallgatók elméleti és gyakorlatai ismereteinek megalapozása a digitális rendszertervezés területén, különös tekintettel a beágyazott és ambiens rendszerek megvalósítási követelményeire. A tárgy keretén belül a hallgatók támogatást kapnak az összetett hardverkomponenseket is tartalmazó rendszerek tervezési módszereinek megismeréséhez, a tervezést támogató fejlesztői környezetek alkalmazásához, a hatékony tervezői módszerek és eszközök használatának elsajátításához. A tematikus mérések során a hallgatók gyakorlati tapasztalatokat szereznek a komplex beágyazott és ambiens rendszerek témaköréhez kapcsolódó ismeretek megalapozására, reprezentatív példákkal az autóipari, jelfeldolgozási és különböző méréstechnikai területekről.

Megszerezhető készségek, képességek: A hallgatók a mérési és tervezési feladatok elvégzése kapcsán megismerkednek a korszerű, nagybonyolultságú programozható logikai áramkörök (FPGA) alkalmazástechnikájával, elsajátítják az eszközök használatát az adott tervezési feladat megvalósítása, optimalizálása, szimulációs és áramkörön belüli logikai analizátorral történő ellenőrzése során. Megismerik a nagysebességű digitális rendszerek fejlesztési, bemérési stratégiáit. A tervezési feladatok az egyetlen áramkörön belül megvalósított beágyazott rendszerek tipikus interfészegységeinek megvalósítását jelentik, megfelelő szoftvereszközök kiegészítésével. Külön mérések szolgálnak a komplex beágyazott rendszerek autóipari kommunikációs egységekben, az elosztott érzékelő-jelfeldolgozó hálózatokban illetve a méréstechnikai, adatfeldolgozási feladatokban történő alkalmazásainak bemutatására.

8. A tantárgy részletes tematikája 1.-2. FPGA áramkörök és tervezői rendszereik ismertetése

A korszerű beágyazott rendszerek tervezésében egyre nagyobb szerep jut a programozható logikai elemek alkalmazásának. A nagybonyolultságú eszközök korszerű tervezői környezete gyors prototípusfejlesztést, megbízható ellenőrzési módszereket biztosít a komplex digitális rendszerek megvalósításához. A mérés kapcsán a hallgatók megismerik az eszközkészlet jellemző tulajdonságait, a magas színtű hardverleíró nyelvek modellezési és szintézis lehetőségeit, egy egyszerű ALU egység tervezése kapcsán.

 3. Hardver-szoftver funkcionális tervezés

A mérés során a hallgatók összeállítanak egy teljes funkciójú terminál egységet, amely tartalmaz egy egyszerű karakteres VGA képernyővezérlő-egységet, egy billentyűzet-illesztőt és egy egyszerű 8 bites mikrovezérlőt. A hardverinterfészek egyike kész IP-modulként rendelkezésre áll. A mikrovezérlő programozása gépi szinten, assembly nyelven történik. A bemeneti periféria kezelése történhet lekérdezéses és megszakításvezérelt módban is. A tervezés, bemérés során a működés ellenőrzését az áramkörön belül megvalósított logikai analizátor modul használata biztosítja. 

 4. Összetett beágyazott rendszer tervezése

A Xilinx EDK rendszer alkalmazásával egy konfigurálható 32 bites mikroprocesszort és különböző periféria-rendszerelem komponenseket tartalmazó beágyazott rendszer kialakítása történik. A teljes rendszerspecifikáció magába foglalja a szükséges processzortulajdonságok kiválasztását, a külsőmemória-vezérlők konfigurálását, a rendszer-címtartomány specifikálást, a perifériamodulok paraméterezését. A szoftveralkalmazás fejlesztése magas szintű C nyelven történik, a nyílt forráskódú fejlesztési eszközök ismert technológiájával.     

  5.-6. Modell alapú DSP rendszertervezés  

A mérés során a hallgatók megismerkednek a Matlab Simulink/System Generator fejlesztési környezettel, egyszerű gyakorlófeladatokon keresztül elsajátítják a grafikus programozás alapjait. A specifikáció szerinti mérendő rendszer paramétereinek megfelelően funkcionális egységek használatával felépítik a mérőrendszer jelgenerátor és megfigyelő egységeit, szimulációval ellenőrzik a rendszer viselkedését. A System Generátor egység használatával előállítják a rendszer implementációját és közvetlen hardveres méréssel ellenőrzik a működését.  

  7. CAN kommunikáció vizsgálata

Ebben a mérésben a hallgatók megismerkednek a CAN alapjaival és egy CAN protokollanalizátor használatával. Megvizsgálják a CAN fizikai rétegét (jelszintek, jelalakok), majd elemzik az adatkapcsolati réteg keretformátumát. Az alkalmazási réteget egy autós rendszer belső kommunikációját szintén protokollanalizátorral vizsgálják. A mérés végén valódi és szimulált elemekből összeállítanak egy drive-by-wire autómodellt, amelynek működését a CAN monitorozásával fognak nyomon követni, naplózni és feldolgozni.

 8. LIN kommunikáció vizsgálata A modern beágyazott rendszerekben, és különösen a mai autókban, egyszerűbb kommunikációs feladatokra használják a LIN hálózatot. A mérés során a hallgatók megismerkednek a LIN hálózat elemeivel, valós komponensekből összeállítanak egy egyszerű master-slave LIN rendszert, és elkészítik a működtető programot. Gateway segítségével hozzákapcsolják a LIN hálózatot egy magasabb szintű hálózathoz, pl. CAN-hez, és elemzik a kommunikáció folyamatát 

9. -10. Elosztott rendszerek és szenzorhálózatok

 

Jelátvitel rádiós csatornán. Mintavétel szinkronizációjának megvalósítása. Akusztikus jel mintavételezése mote-ok segítségével, fúzió DSP-n.

Hangforrás irányának meghatározása mote-ok és DSP-alkotta rendszerben.

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

A tárgy 10 db 4 órás foglalkozásból áll. A foglakozásokat a Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék laboratóriumaiban tartjuk.

10. Követelmények

a.       A szorgalmi időszakban a hallgatók az előírt mérési, tervezési feladatokat végzik el. A mérések eredményéről mérési jegyzőkönyv készül. A mérésre kapott érdemjegyet a mérést bevezető felelet, a mérés során mutatott aktivitás és a jegyzőkönyv alapján állapítjuk meg. A félév végi gyakorlati jegy a összes érdemjegy átlaga. 

b.      A vizsgaidőszakban:                   -

c.              Elővizsga:                                   -

 

Az aláírás feltétele a félévközi mérések egyenkénti, legalább elégséges színtű teljesítése.

11. Pótlási lehetőségek

Hiányzás esetén a teljes félév során maximum 2 foglalkozás pótolható, függetlenül a mulasztott alkalomtól.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Elektronikus segédanyagok a tárgy honlapján.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra40
Félévközi készülés órákra50
Felkészülés zárthelyire
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása30
Vizsgafelkészülés120
Összesen
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
Dr. Fehér Bélaegyetemi docensMIT
Dr. Sujbert Lászlóegyetemi docensMIT
Dr. Tóth Csabaegyetemi adjunktusMIT