Programovanie vstavaných (vložených) systémov

Prednášajúci: prof.Ing. Miloš Drutarovský, CSc.

Cvičiaci: prof.Ing. Miloš Drutarovský, CSc. 

Anotácia predmetu (2/1/2kz )

Predmet je zameraný na zvládnutie základných poznatkov o postupoch, algoritmoch a technikách typicky využívaných pri programovaní vstavaných elektronických systémov. Pozornosť je tiež venovaná programovej implementácií základných algoritmov na vstup a výstup dát, kontrole integrity dát a ich kompresii a vybraným základným blokom číslicového spracovania dát. Absolvovaním predmetu študent získa praktické skúsenosti s programovaním a ladením vstavaných aplikácií s dôrazom na využitie jazyka C pri ich programovaní.

Hlavné tématické okruhy:

• Vstavaný elektronický systém, štruktúra, vlastnosti, základné stavebné bloky, bloková schéma mikroprocesora, typicky využívané technické prostriedky
• Vývojové prostriedky pre vývoj a ladenie softvéru, GNU prekladač, linker, knihovník, typické IDE rozhrania, ladiace nástroje pre podporu HW ladenia, Intel HEX formát
• Základná konektivita so vstavaným systémom, sériová komunikácia s využitím UARTU a jej programové riešenie na strane vstavaného systému, činnosť terminálového programu
• Programové riešenie sériovej komunikácie na strane PC pod systémom Windows, USB/RS232 konvertory a ich programová obsluha (virtuálny COM port, využitie DLL knižníc)
• Programová realizácia základných algoritmov na kontrolu integrity dát (CRC súčty a jednoduché hašovacie funkcie)
• Programová realizácia jednoduchých kompresných algoritmov (LZW, A-zákon, mi-zákon)
• Alfanumerický displej vo vstavanej aplikácii, inicializácia a ovládanie, grafický displej, základné ovládanie a typické knižničné funkcie
• Implementácia aritmetiky so zvýšenou presnosťou, modulárna aritmetika, Čínska veta o zvyškoch
• Programová realizácia a testovanie vybraných blokov číslicového spracovania signálov (FIR, IIR, FFT, korelácia a konvolúcia)

Vybrané témy budú prakticky precvičované v laboratóriu KEMT V102b na Vysokoškolskej 4 s využitím voľne dostupného DEV-C++ prostredia pre vývoj aplikácií na báze jazyka C/C++ pre operačný systém Winows, vývojovej doske s procesorom Analog Devices ADuC 836 (produktom z rodiny tzv. MicroConverters, ktoré využívajú inštrukčnú sadu a 8-bitové jadro procesora Intel 8051) v rozsahu, ktorý umožňuje vývojová doska ADuC836EB1 (schéma, osadenie) a testovacej doske s procesorom STM32F102 na báze 32-bitového jadra ARM Cortex M3 poskytnutej firmou Elcom, s.r.o.  Programy pre 8- a 32-bitové jednočipové procesory s jadrom Intel 8051 a ARM budú precvičované s využítím voľne dostupných testovacích verzií vývojových prostredí firmy Keil Software, Inc. pre procesory na báze jadra Intel 8051 C51 Evaluation Tools (obmedzenie generovaného kódu na 2 KB, chýbajúce knižnice pre aritmetiku v pohyblivej rádovej čiarke, ...) a 32-bitové procesory s jadrom ARM MDK Microcontroller Development Kit.

Informácie o cvičeniach, prednáškach a podmienkach udelenia klasifikovaného zápočtu nájdete v dokumente pvs.pdf, témy zadaní v dokumente zadania_pvs.pdf (pomocné podklady - konverzie pre FIR filter).

Podklady pre cvičenia

PVS_1, PVS_2, PVS_3, PVS_4, PVS_5, PVS_6

32-bitový procesor ST Microelectronics STM32F102:
STM32F102x8 Medium-density USB access line, ARM-based 32-bit MCU with ... [PDF]
STM32F102 - stránka výrobcu
Tetsovacia oska s procesorom STM32F102

8-bitový procesor Analog Devices ADuC836:
ADuC836: MicroConverter®, Dual 16 Bit Sigma-Delta ADCs with Embedded 62kB Flash MCU Data Sheet (Rev. A, 4/03) [PDF]
ADuC836: Errata Sheet (Rev. E0, 11/02) [PDF]
Vývojová doska ADuC836EB1 (schéma, osadenie)
Simulácia periférnych obvodov (A/D, D/A, SPI, CAN, FLASH, ...) v prostredí uVision
RTX51 Tiny User's Guide - hypertextová príručka

Odporúčaná literatúra:
[1] Kernighan, B.W.-Ritchie, D.M.: The C Programming Language, Second Edition, Prentice Hall, 1988.
[2] HEROUT, P. Ucebnice jazyka C : 1. díl. Ceské Budejovice: Nakladatelství KOPP, 2009.
[3] HEROUT, P. Ucebnice jazyka C : 2. díl. Ceské Budejovice: Nakladatelství KOPP, 2010.

Zaujímavé linky:

Vstavaný (Embedded) systém - informácie na stránke Wikipedie
Kniha o programovaní vstavaných systémov pomocou C a GNU vývojových nástrojov [PDF]
Analog Devices Signal Processing in Automotive Electronics - príklady riešení vstavaných sytémov s využitím DSP v autoelektronike
Writing C Code for the 8051 by Matthew Kramer
C51 Primer - podrobný opis rozšírení Keil C51 z pohľadu programátora
Writing Optimum Code - informácia z C51 užívateľskej príručky
The Final word on the 8051 - on-line kniha o procesore Intel 8051
Porovnanie procesorov so zrýchleným jadrom 8051
Vývoj procesorov s jadrom 8051 z pohľadu roku 2008
50 rokov vývoja procesorov z pohľadu firmy Intel (PDF)
Originál patentu prvého jednočipového mikroprocesora Intel 4004 (PDF)  
Manuály pre Keil asembler A51 a prekladač C51 (referenčné manuály, pre priamu prácu na cvičeniach nie sú potrebné)
Informácia o chybnom kóde v riadiacej jednotke zdroja energie lietadla Boeing 787. Problém bol zrejme spôsobený nesprávnou SW obsluhou pretečenia čítača/časovača. Príklad ako elegantne riešiť problém s pretečením čítača v jazyku C.