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

Programozás C/C++ nyelven

Beágyazottszoftver-fejlesztés

Mikrokontroller alapú rendszerek

Számítógép architektúrák

Operációs rendszerek

Számítógép hálózatok

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Előadás

1. Beágyazott Linux bevezető, a Linux felépítése és platformjai (SoC, FPGA, stb.), SW végrehajtási
modell és memória menedzsment (virtuális tárkezelés és annak következményei), perifériák kezelés lehetőségei és következményei Linuxban (user- és kernel-space).

2. Shell használta. Linux programok alapjai, parancssor és konfiguráció kezelése. Fájlrendszer és
használata, beleértve /proc, /sys, stb. fájlrendszereket. Soros port (UART) használata programozott
módon.

3. Ütemező, ütemező befolyásolása, valós-idejű ütemezés. Folyamatok és szálak használata és
alkalmazásának a következményei. Eseményvezérelt programozás mintái (select, poll, epol).
Rendszerindítás és folyamatmenedzsment alapjai (systemd és alternatívái).

4. Kölcsönös kizárás, kommunikáció és szinkronizáció Linux-ban. Megoldások közös memória
esetén (folyamat kontextusában futó szálak között). Mutex, readers-writer lock, user-space
spinlock, conditional variable és azok használata.

5. Folyamatok közötti kommunikáció (IPC) alacsony szinten és magas szinten (DBUS).
Eseménykezelés, csővezetékek, folyamatok közötti osztott memória és annak ahasználata, file
locking, DBUS alapok.

6. Beágyazott perifériák kezelésére alkalmas alrendszerek, rövid bevezetés a Device Tree-be. GPIO
kezelése Linux-ban és a programozási modelleknek a hatása a teljesítményre. A/D és D/A kezelés,
I2C, SPI és CAN kezelése Linux-ban, a kapcsolódó alrendszerek felépítése.

7. User-space driverek, USB kezelés és TUN/TAP felhasználói módban. Memóriába leképzett
perifériák elérése felhasználói módban, előnyök és hátrányok.

8. Alacsony (socket) és magas szintű (HTTP, stb.) hálózatkezelés, köztes rétegek (Middleware).

9. Heterogén architektúra támogatása, feladatütemezés és kommunikáció külső HW gyorsítókkal
(valós-idejű magok, AI gyorsítás, OpenCV gyorsítás példával, etc).

10. A Linux multimédia alrendszere: Video for Linux (V4L2). Multimédia keretrendszerek
áttekintése: Gstreamer, FFmpeg.

11. SoC, fogalma, jellemző felépítése. Fix funkciós és programozható hardver egységek, ezek
rendszerbe illesztése. GPU-k felépítése.

12. Heterogén rendszerek programozási modellje: OpenCL és CUDA.

13. FPGA alapú SoC eszközök jellemzői (Intel, Lattice, Xilinx). Processzoros alrendszer,
programozható logika és egyéb rendszer elemek ismertetése. FPGA alapú gyorsítók magas szintű
leírása: OpenCL és HLS.

Gyakorlat

1. gyakorlat: Fejlesztő Rendszer összeállítása

2. gyakorlat: Shell programozás és parancssor kezelés, soros port kezelése termio-val.

3. gyakorlat: Folyamat és szál létrehozása, ütemezés befolyásolása (RT és CPU affinitás),
folyamatkezelés systemd-vel

4. gyakorlat: Select és poll/epol alapú komplex SW architektúrák

5. gyakorlat: Kölcsönös kizárás és szinkronizáció közös memóriában, IPC megoldások használata

6. gyakorlat: GPIO (GPIO user-space könyvtárral és memóriába leképezve) kezelése felhasználói
programban, I2C és SPI kezelése (user-space saját driver megírása és létező kernel driver
használata)

7. gyakorlat: User-space USB periféria kezelése (periféria MCU-n megvalósítva, kész kóddal, kommunikációs specifikációval)

8. gyakorlat: Socket programozás, HTTP kliens programozás (információ letöltése programból
szerverről)

9. gyakorlat: Remoteproc és rpmsg a gyakorlatban, OpenCV heterogén rendszerchip-en
(remoteproc és rpmsg magas szinten)

10. gyakorlat: V4L2 user space API használata.

11. gyakorlat: Gstreamer használata.

12. gyakorlat: OpenCL/CUDA alapok: hoszt kód és egyszerű kernel.

13. gyakorlat: OpenCL/CUDA: kernel programozás.

Szorgalmi időszakban

Részvétel a gyakorlatokon: A gyakorlatokon a részvételt ellenőrizzük, a
megrendezésre kerülő gyakorlatok minimum 2/3-án a részvétel
kötelező az az aláíráshoz és a vizsgára bocsáthatósághoz.
Házi feladat elkészítése: A házi feladat elfogadható szintű teljesítése
szükséges az aláíráshoz és a vizsgára bocsáthatósághoz.
A házi feladat egy beágyazott Linux-t használó funkcionális rendszer
elkészítése. A feladat specifikációját a 4. oktatási hét végéig le kell adni.
A 8. feladat terveit és a kulcskoncepciókat bemutató prototípusokat a 8.
hétig lehet bemutatni. A teljes, működőképes feladatot a
dokumentációval a szorgalmi időszakban lehet leadni.

Vizsgaidőszakban

Szóbeli vizsga.

A gyakorlatok nem pótolhatók, azoknak legalább a 2/3-án a megjelenés kötelező (13 vagy 14
gyakorlat esetén 9-en, 12 esetén 8, az aktuális szám a félév beosztásától függ).

A specifikációt a 8. hétig, a házi feladat terveit és kulcskoncepcióit bemutató prototípusokat a 14.
hétig lehet pótolni (következő ütemezett feladatrész leadási határidejéig). A végleges házi feladat
leadása a pótlási héten pótolható, ha ez előzetes dokumentációk leadásra kerültek az azokra
megadott pótlási feltételekkel.

A házi feladat zárthelyivel nem helyettesíthető.

W. Richard Stevens (Author), Stephen A. Rago, „Advanced Programming in the UNIX Environment
(3rd Edition) (Addison-Wesley Professional Computing Series, 2013.

Asztalos Márk, Bányász Gábor, Levendovszky Tihamér, „Linux programozás, Második, átdolgozott
kiadás", 2013.

A tantárgyból maximum 25 IMSc pont szerezhető.

Ebből 15 IMSc pont szerezhető az emelt szintű házi feladat vállalásával (ennek igényét a
hallgatónak a félév elején jeleznie kell) és kiemelkedő műszaki szinten történő elkészítésével. Az
emelt szintű házi feladatok értékelését a tárgyfelelős és a házi feladat konzulense együtt végzi.
A szóbeli vizsgán 10 IMSc pont szerezhető a vizsgán érintett tématerületekből megadott kiegészítő
anyagrészek ismeretéért.

Az IMSc pontok gyűjtése csak a kiemelkedően elkészített házi feladat és jeles vizsga esetén
lehetséges, az extra feladatok megoldásával. Ezen pontok megszerzése nélkül is jeles szinten
teljesíthetők a tantárgy követelményei. Az IMSc pontok megszerzése az IMSc programban nem
résztvevő hallgatók számára is biztosított.