Struktury vestavěných počítačů

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra řídicí techniky

Anotace:

Předmět seznámí studenty se stavebními prvky a strukturami vestavných systémů. Podstatným prvkem vestavných systémů je volba operačního systému nebo exekutivy reálného času a jejich vazby a přizpůsobení na použitou hardwarovou platformu. Náplní je i programování ovladačů zařízení, seznámení se s využitelnými základních knihovnami, volbou softwarových komponent pro aplikace řízení v reálném čase i pro komunikaci s uživateli a jinými systémy. Návrh ovladačů bude procvičen na vestavné platformě se systémem Linux a dalšími alternativami plně svobodně dostupnými ve zdrojovém tvaru. Získané vědomosti včetně kompletních sad vývojových nástrojů i zdrojových kódů systémů mohou být studenty dále využity v bakalářských pracích nebo využity v profesionální praxi.

Požadavky:

U studentů se předpokládají základní znalosti programování pro vestavné systémy, především znalost jazyka „C“, získané například v předmětu programování vestavných systémů.

Osnova přednášek:

1.Úvodní slovo o předmětu; přehled oblastí využití vestavných systémů (VS) a typických požadavků na vlastnosti systémů

2.Základní celky VS; propojení hardware (paměti, periferie, CPU) a software (zavaděč, jádro systému, ovladače, knihovny, grafické subsystémy a aplikace)

3.Základní popis jádra operačního systému (procesy, adresní prostory, atd)

4.Ovladače zařízení I (znaková zařízení, obsluha přerušení)

5.Funkce správy paměti, konzistence obsahu vyrovnávacích pamětí rozdíly mezi různými architekturami, abstrakce na úrovni OS

6.Ovladače zařízení II (DMA přenosy, bloková zařízení)

7.Skladba uživatelského prostředí (základní knihovny, souborový systém, atd)

8.Více vláknové aplikace a mechanizmy synchronizace (NPTL, Futex, atd)

9.Podpora reálného času a k tomu určená rozšíření OS

10.Oblast mobilních personálních aplikací (telefony, PDA, konzole - ARM, SH)

11.Oblast průmyslového řízení (robotika, programovatelné automaty - PowerPC, ColdFire )

12.Komunikace, sběrnice a jejich řešení (ETHERNET, CAN, Profibus)

13.Další alternativy řešení VS - mikrojádra, exekutivy reálného času

14.Trendy a výhled do budoucnosti

Osnova cvičení:

V první části se studenti seznámí s VS založenými na architektuře ColdFire (volitelně PowerPC či ARM). Vyzkouší si kompilaci jádra, tvorby základního souborového systému a zavedení systému a připojení síťového disku. V dalších cvičeních si postupně vyzkouší napsat jednoduchý ovladač znakového zařízení s podporou přerušení. Poté již budou připraveni pro řešení samostatných úloh. Například: komunikace s ovladači motorů vybavených protokolem CANopen, aplikace nad grafickými knihovnami vhodnými pro malá zařízení, realizace ovladačů dotykového displaye atd.

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. Embedded Linux kernel and driver development, http://free-electrons.com.

2. Love R.: Linux Kernel Development (2nd Edition), Novell Press, 2005.

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14+6

Stránky: https://moodle.dce.fel.cvut.cz/course/view.php?id=30

Další informace:

https://moodle.dce.fel.cvut.cz/course/view.php?id=30

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Inteligentní systémy (povinně volitelný předmět)