Mikroprocesory a mikropočítače

Přednášející:

Pavel Máša, Petr Skalický (gar.)

Cvičící:

Pavel Máša, Petr Skalický (gar.)

Předmět zajišťuje:

katedra teorie obvodů

Anotace:

Cílem předmětu je seznámit studenty s vlastnostmi mikroprocesorových systémů, naučit je používat interní periferie procesoru, připojit externí obvody ke sběrnici procesoru a realizovat rozšíření paměťového nebo vstupně/výstupního prostoru. Naučit studenty vytvořit jednoduché programy v jazyce symbolických adres, v jazyce C a kombinaci obou jazyků. Po absolvování předmětu by měl student umět navrhnout a zrealizovat jednodušší mikroprocesorový systém včetně připojení nezbytných periferií a realizace potřebného programového vybavení.

Požadavky:

Předpokládáme, že student bude umět realizovat kombinační obvod v různých modifikacích s logickými členy, multiplexery, pamětmi a PLD a vypočítat jeho časové zpoždění. Navrhne a zanalyzuje logické chování jednoduchého sekvenčního obvodu, vypočítá jeho maximální hodinový kmitočet. Bude znát časové parametry pro správnou činnost paměťových členů, pamětí a chování základních sekvenčních obvodů registrů, čítačů, posuvných registrů.

Osnova přednášek:

1. Funkce mikroprocesorového systému a základní architektury, uložení programu v paměti, možnosti vývoje programů.

2. Funkce základních částí klasického mikroprocesorového systému, architektury jednočipových, signálových (i VLIW) procesorů, metody zvyšování výpočetního výkonu.

3. Standardní přerušovací systém a jeho modifikace u signálových a jednočipových procesorů, výpočetní výkon a přerušení, programování přerušovacího systému.

4. Hlídací a podpůrné obvody procesorů, čítače a jejich modifikace, použití podpůrných obvodů.

5. Paměti (volatelní a nevolatelní, ROM, RAM, RAM se zálohováním, EPROM, EEPROM, Flash, FRAM, PRAM), paralelní a sériové připojení, rekonfigurace pamětí a jejich časování v systému, programová obsluha.

6. Vstupy a výstupy jednočipových procesorů, rozšíření a obsluha V/V, zobrazovací jednotky, klávesnice. Vývojové prostředky pro vývoj zařízení s mikroprocesorem (monitor, RTOS, multitasking).

7. Architektury multiprocesorových soustav, multiprocesorová komunikace a protokoly, komunikační sběrnice RS422,RS485.

8. Komunikační sběrnice RS232, Přístrojové sběrnice SPI, I2C, MicroWire, 1-Wire, CAN bus

9. Sběrnice USB, IEEE-1394, PCI-e.

10. Paměti FLASH, DRAM a jejich časování. Paměti cash - princip a uspořádání.

11. Práce s pevnou a pohyblivou řádovou čárkou, implementace aritmetických operací.

12. Architektura PC - historický vývoj, současné trendy. Mikroinstrukce, uspořádání pamětí, připojení vnějších periferií.

13. Adresový a vstupně/výstupní prostor PC, adresové mody, přerušovací systém, úlohy s velkým počtem přerušení. Multitasking, událostní programování.

14. Základní programovací metody, synchronizace procesů a vláken (semafor, kritická sekce, mutex).

Osnova cvičení:

1. Organizace cvičení, seznámení s vývojovým prostředím, vývojovým kitem, možnosti vývoje programu

2. Vlastnosti instrukčního souboru, adresování operandů

3. Zápis jednoduchého programu v jazyce symbolických adres, ověření jeho činnosti v softwarovém simulátoru

4. Vývoj programu pro generování tvarových kmitů, ověření a zobrazení generovaného průběhu v simulátoru

5. Seznámení s koncepcí vývojové desky, zápis programu z úlohy 4 do programu pro inicializaci vývojové desky

6. Příprava 1.samostatné úlohy, simulace v programu Matlab a vývojovém prostředí daného procesoru

7. Realizace 1.samostatné úlohy na vývojové desce

8. Příprava 2.samostatné úlohy, simulace možných řešení

9. Realizace 2. samostatné úlohy na vývojové desce a ověření vlastností

10. Příprava 3.samostatné úlohy, ověření vlastností

11. Rozbor možných řešení úlohy 3

12. Implementace 3.samostatné úlohy

13. Prezentace semestrální práce

14. Dokončení samostatných úloh.

Cíle studia:

Cílem předmětu je seznámit studenty s vlastnostmi mikroprocesorových systémů, naučit je používat interní periferie procesoru, připojit externí obvody ke sběrnici procesoru a realizovat rozšíření paměťového nebo vstupně/výstupního prostoru. Naučit studenty vytvořit jednoduché programy v jazyce symbolických adres, v jazyce C a kombinaci obou jazyků. Po absolvování předmětu by měl student umět navrhnout a zrealizovat jednodušší mikroprocesorový systém včetně připojení nezbytných periferií a realizace potřebného programového vybavení.

Studijní materiály:

[1] Davídek,V., Sovka, P.: Číslicové zpracování signálů a implementace, Vydavatelství ČVUT, Praha 2002

[2] Skalický, P.: Mikroprocesory řady 8051, rozšířené vydání, 144 s., BEN, Praha, 2001

[3] Skalický P.: Aplikace signálových procesorů, Vydavatelství ČVUT, Praha 2003, str.136

[4] Skalický, P.: Aplikace signálových procesorů - cvičení. Praha : Vydavatelství ČVUT, Praha 2003, 116 s

[5] Sedláček, M.: Zpracování signálů v měřící technice, Vydavatelství ČVUT, Praha 1999

[6] Gook M.: Hardwarová rozhraní Průvodce programátora, Computer Press Brno, 2006, ISBN 80-251-1019-2

[7] Messmer H.-P., Dembowski K.: Velká kniha hardware, CP Books, Brno, 2005, ISBN 80-251-0416-8

[8] Materiály k přednáškám a cvičení 8051: http://moodle.kme.fel.cvut.cz

[9] Informace a dokumentace k AVR jasou na: http://www.atmel.com/products/AVR/

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6c

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Komunikace, multimedia a elektronika - Bezdrátové komunikace_145152 (povinný předmět programu)
• Komunikace, multimedia a elektronika - Multimediální technika_145209 (povinný předmět programu)
• Komunikace, multimedia a elektronika - Elektronika_145231 (povinný předmět programu)
• Komunikace, multimedia a elektronika - Sítě elektronických komunikací_145248 (povinný předmět programu)
• Komunikace, multimédia a elektronika - Komunikační systémy (povinný předmět programu)