Detail předmětu

Návrh vestavěných systémů

FIT-NAVAk. rok: 2021/2022

Jednotlivá témata přednášek jsou zaměřena na dílčí problémy, které musí návrhář řešit při návrhu komponent vestavěných systémů. Studenti budou seznámeni s metodami využívanými při návrhu vestavěných systémů a možnostmi využití postupů, s nimiž se seznámili v předmětech zaměřených na technické vybavení počítačů. Laboratorní cvičení budou zaměřena na prezentaci těchto principů při návrhu vestavěných systémů v prostředí návrhového systému.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

  • Studenti se seznámí s principy návrhu číslicových systémů se složitým sekvenčním chováním respektující podmínky prostředí, do něhož bude aplikace nasazena.
  • Seznámí se se současnými nástroji pro podporu práce návrháře.
  • Naučí se rozhodovat mezi možnými způsoby realizace, tzn. rozdělit implementaci mezi obvodové a programové prostředky.
  • Naučí se navrhovat samostatně pracující počítačové systémy nasazené do reálného prostředí a účelově komunikující s uživatelem, příp. dalšími nadřazenými systémy.

  • Student se naučí systematickému postupu návrhu inženýrského díla samostatně i v týmu.
  • Student se naučí odborné terminologii v českém i anglickém jazyce.

Prerekvizity

  • Znalost programování v asembleru a v jazyce C, základy VHDL.
  • Znalost principů elektronických obvodů a počítačových architektur.

Způsob a kritéria hodnocení

  • Laboratorních cvičení - 8 bodů.
  • Hodnocený projekt s obhajobou - 17 bodů.
  • Půlsemestrální písemná práce - 15 bodů.
  • Závěrečná zkouška - 60 bodů.

Učební cíle

Rozvíjet znalosti získané v předmětech zaměřených na konstrukci počítačů, demonstrovat tyto principy při návrhu vestavných počítačových systémů a jejich integrace. Využít znalosti získané v předmětech zabývajících se návrhem číslicových systémů pro návrh a implementaci složitých číslicových systémů s komplikovaným sekvenčním chováním. Naučit studenty analyzovat podmínky, v nichž bude navrhované zařízení pracovat a na základě této analýzy zvolit řešení, které bude kompromisem z hlediska ceny, spolehlivosti a dynamických parametrů. V laboratorních cvičeních seznámit studenty se strukturou a principy činnosti vestavěných systémů a s využitím návrhových systémů pro návrh těchto komponent.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní cvičení - na každém cvičení studenti provádí samostatně experiment s návrhem dílčího řešení, výsledné řešení se prakticky prezentuje vyučujícímu přímo na místě a odevzdává elektronickou formou. Odevzdané a prezentované řešení hodnotí vyučující přidělením příslušného počtu bodů. Nahrazení některého laboratorního cvičení je možné po dohodě s vyučujícím v některém z následujících termínů.

Prerekvizity a korekvizity

Doporučená literatura

Daniele Lacamera: Embedded Systems Architecture - Explore architectural concepts, pragmatic design patterns, and best practices to produce robust system. Packt Publishing, 2018, ISBN 978-1788832502.
Jonathan W. Valvano: Embedded Microcomputer Systems, Real Time Interfacing. Brooks/Cole, 2000, ISBN 0-534-36642-2.
Ken Arnold: Embedded Controller Hardware Design. LLH Technology Publishing, 2001, ISBN 1-878707-52-3.
Stuart R. Ball: Embedded Microprocessor Systems: Real World Design. Newnes, 2002, ISBN 0-7506-7534-9.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBI , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MBS , 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
    obor MGM , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MIS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MMM , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    obor MPV , 2 ročník, letní semestr, povinný
    obor MSK , 2 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Václav Šimek
doc. Ing. Richard Růžička, Ph.D., MBA

Osnova

  1. Vestavný počítačový systém, postupy návrhu, specifikace, požadavky na vestavný systém.
  2. Výběr vhodné platformy pro implementaci, volba vhodného mikrokontroléru. Kdy je a kdy není vhodné použít mikrokontrolér. Jiné možnosti realizace vestavného systému.
  3. Hardwarové a softwarové řešení funkcí vestavného systému.
  4. Číslicové vstupy, snímání binární informace, číslicové výstupy, ovládání dvoustavových akčních členů, rozšiřování číslicových vstupů a výstupů, posílení číslicového výstupu pro ovládání dvoustavových akčních členů.
  5. Analogový vstup a výstup, převodníky, komparátory, ovládání analogových akčních členů.
  6. Chytré využití periferií moderních mikrokontrolérů s ohledem na výkon aplikace.
  7. Připojování senzorů k vestavnému systému, moderní typy senzorů a jejich rozhraní.
  8. Ovládání vestavného systému člověkem, klávesnice, zobrazení stavu a jiné informace, displeje LED a LCD znakové i grafické a jejich ovládání.
  9. Komunikace v rámci vestavěného systému, komunikace s vnějšími systémy, sériová synchronní a asynchronní, paralelní, používané protokoly, sítě. Bezdrátová komunikace.
  10. Možnosti a postupy návrhu systému na DPS.
  11. Napájení a spotřeba vestavěného systému. Principy a techniky úspory energie u mobilních a nositelných vestavných systémů.
  12. Typická architektura software vestavěného systému. Programové konstrukce užívané při programování vestavných systémů, styly a techniky programování vestavných systémů.
  13. Ladění a diagnostika vestavěných systémů.

Laboratorní cvičení

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Václav Šimek

Osnova

  • Minimální vestavěný počítačový systém s mikrokontrolérem.
  • Praktické rozšíření počtu výstupů mikrokontroléru.
  • Komunikace mikrokontroléru s periferií, senzorem.
  • Ovládání zátěže push-pull driverem a H-můstkem.
  • Optický senzor pro detekci barev.
  • Bezdrátová komunikace přes Bluetooth.
  • Návrh PCB pro vestavěný systém.
  • Realizace PCB pro vestavěný systém.

Projekt

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Václav Šimek

Osnova

  • Základní návrh malého vestavěného systému.