Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2019/2020

Mikroprocesory a mikropočítače

Přihlášení do KOSu pro zápis předmětu Zobrazit rozvrh
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
A8M37MAM Z,ZK 7 4P+2C česky
Korekvizita:
Bezpečnost práce v elektrotechnice pro magistry (BEZM)
Přednášející:
Stanislav Vítek, Petr Skalický (gar.)
Cvičící:
Stanislav Vítek, Petr Skalický (gar.)
Předmět zajišťuje:
katedra radioelektroniky
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. Obvodový řadič a jeho transformace na mikroprogramovatelný řadič, vznik adresového registru, programového

čítače a registru mikroprogramu (zásobníku). Rozdíl mezi řadičem a mikroprocesorem.

2. Algoritmus mikroprocesoru a jeho komunikace s pamětmi a periferiemi. Uložení programu v programové

paměti. Architektura klasického mikropočítače a jeho součásti (CPU, zápisníková paměť, ALU, dekodér

instrukcí, řadič), paměť programu a dat, zásobník, vstupy a výstupy, přerušovací systém a sběrnice.

3. Vývoj a základní struktury mikroprocesorového systému, CISC, RISC, rozdělení procesorů. Architektury

universálních, signálových (běžných i VLIW) a jednočipových procesorů. Uspořádání pamětí, přístup do

adresových prostorů, šířka instrukční a datové sběrnice, ALU a registrů (střadače).

4. Používané paměti (volatelní a nevolatelní, ROM, RAM, RAM se zálohováním, EPROM, EEPROM, Flash,

FRAM, PRAM), dynamické paměti a jejich časování a vlastnosti. Dvoufázový a čtyřfázový přístup procesoru k

pamětem. Omezení doby přístupu do paměti. Vícekanálové paměti.

5. Programování procesoru, strojový kód (mikroinstrukce), asembler, asembler s aritmetickou knihovnou,

kompilované jazyky (jazyk C, atd.), interpretované a multiplatformní jazyky (Java, atd.).

6. Fáze zpracování instrukce, zvyšování výpočetního výkonu procesorů, pipeline, výkonnost procesoru, cache.

Principy SISD, SIMD, MIMD. Architektura super skalár. Rozklad do mikroinstrukcí.

7. Adresový a vstupně/výstupní prostor procesoru, připojení pamětí, časové parametry, přepínání pamětí,

rekonfigurace systému za běhu, připojení programové a datové paměti převyšující přímý adresový prostor

procesoru.

8. Připojení vnějších periferií, rozšíření vstupně/výstupního prostoru paralelními i sériovými obvody, připojení

klávesnic a displejů.

9. Interní periferie jednočipových a signálových procesorů (obvody nulování, čítače/časovače, „watchdog“,

záchytný a komparační systém, PCA, PWM, A/D a D/A převodníky)

10. Přístrojové sběrnice (SPI, I2C, MicroWire, 1-Wire, CAN)

11. Komunikační sběrnice RS422, RS485, multiprocesorová komunikace

12. Synchronní a asynchronní sériová rozhraní, RS232, USB, IEEE-1394, PCI-e. Sběrnice pro vysoké datové toky.

13. Vývojové prostředky pro vývoj zařízení s mikroprocesorem (monitor, RTOS, multitasking), programování v

reálném čase, stavové, událostní a modulární. Problematika přerušovacího systému, úlohy s velkým počtem

přerušení.

14. Synchronizace procesů a vláken (semafor, kritická sekce, mutex), programování multiprocesorových systémů,

paralelizace programu pro procesory s větším počtem aritmetických jednotek (softwarový pipeline). Predikce

skoků a smyček, spekulativní vykonání, řízení spotřeby, dynamické řízení frekvence, zapínání jader

Osnova cvičení:

Program cvičení MAM 8051 / AVR

1. Organizace cvičení, bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s vývojovým prostředím (Keil uVision3 a vývojovým kitem 80C552 / Atmel Studio 6.1 a vývojovou deskou), možnostmi vývoje programu

2. Jednoduchý program v C / ASM.

3. Samostatná úloha č. 1.

4. Samostatná úloha č. 2.

5. Propojení jazyka C s podprogramem nebo dílčí částí napsanou v Asembleru.

6. Samostatná úloha č. 3.

7. Samostatná úloha č. 4.

8. Test č. 1. Rozbor úlohy č. 5.

9. Úloha č. 5.

10. Připojení pamětí a externích periferií ke společné sběrnici (seminář).

11. Samostatná úloha č. 6.

12. Test č. 2.

13. Rezerva pro dokončení úloh, zápočet.

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. Lala, K.: Principlesofmodern Digital Design, John Wiley, 2007

2. Navabi, Z.: EmbeddedCore Design withFPGAs, Mc Graf Hill, 2007

3. Hamacher, C. and col.: ComputerOrganization and Embedded Systems, Mc Graf Hill, 2012

4. Predko, M.: Programming and Customizingthe 8051 Microcontroller, Mc Graf Hill, 1999

5. Gadre, D.:Programming and Customizingthe AVR Microcontroller, Mc Graf Hill, 2001

6. Skalický, P.: Mikroprocesory řady 8051, rozšířené vydání, 144 s., BEN, Praha, 2001

7. Skalický P.: Aplikace signálových procesorů, Vydavatelství ČVUT, Praha 2003, str.136

8. Gook M.: Hardwarová rozhraní Průvodce programátora, ComputerPress Brno, 2006, ISBN 80-251-1019-2

9. MessmerH.-P., Dembowski K.: Velká kniha hardware, CP Books, Brno, 2005, ISBN 80-251-0416-8

Poznámka:
Další informace:
https://moodle.fel.cvut.cz/course/A8M37MAM
Rozvrh na zimní semestr 2019/2020:
06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
místnost T2:B2-717
Skalický P.
Vítek S.

11:00–12:30
(přednášková par. 1
paralelka 101)

Dejvice
Laboratoř K337
místnost
Skalický P.
Vítek S.

14:30–16:00
(přednášková par. 1)
místnost T2:B2-717
Skalický P.
Vítek S.

16:15–17:45
(přednášková par. 1)
Dejvice
Laboratoř K337
Čt

Rozvrh na letní semestr 2019/2020:
Rozvrh není připraven
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 16. 9. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet2696306.html