Mikroprocesory

Vztahy:

Předmět B2M37MAM může při kontrole studijních plánů nahradit předmět BE2M37MAM

Předmět B2M37MAM nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět BE2M37MAM (vztah je symetrický)

Podmínkou zápisu na předmět B2M37MAM je, že student si nejpozději ve stejném semestru zapsal příslušný počet předmětů ze skupiny BEZBM

Předmět B2M37MAM může být splněn v zastoupení předmětem BE2M37MAM

Předmět B2M37MAM nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět BE2M37MAM (vztah je symetrický)

Garant předmětu:

Stanislav Vítek

Přednášející:

Petr Skalický, Stanislav Vítek

Cvičící:

Josef Krška, Ondřej Nentvich, Petr Skalický, Stanislav Vítek

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 měl umět navrhnout a zrealizovat jednodušší mikroprocesorový systém včetně připojení nezbytných periferií a realizace potřebného programového vybavení.

Požadavky:

Základní znalosti číslicové techniky, Booleovy algebry, návrh kombinačních obvodům všemi použitelnými obvody, vlastnosti výstupů logických obvodů a jejich časové parametry, základní vlastnosti paměťových členů a jejich použití při návrhu sekvenčních obvodů. Základní znalosti z analogové techniky, číslicového zpracování signálu a vlastností aritmetiky s pevnou a pohyblivou čárkou.

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, komunikace s pamětmi a periferiemi. Uložení programu v paměti. Architektura mikropočítače a jeho součásti, paměť programu a dat, zásobník, vstupy a výstupy, přerušovací systém a sběrnice.

3. Struktury mikroprocesorového systému, rozdělení procesorů. Architektury universálních, signálových a jednočipových procesorů. Uspořádání pamětí, adresové prostory, vliv šířku instrukční a datové sběrnice.

4. Používané paměti (volatelní a nevolatelní, 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, asembler, asembler s aritmetickou knihovnou, kompilované jazyky (jazyk C, atd.), interpretované a multiplatformní jazyky.

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. Přerušovací systém, úlohy s velkým počtem přerušení.

14. Synchronizace procesů a vláken, paralelizace pro procesory s větším počtem ALU (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 měl umět navrhnout a zrealizovat jednodušší mikroprocesorový systém včetně připojení nezbytných periferií a realizace potřebného programového vybavení.

Studijní materiály:

[1] Skalický,P.: Mikroprocesory a mikropočítače, výukové materiály na přednášky, ČVUT FEL 2012, 285s.

[2] Skalický,P.: Mikroprocesory a mikropočítače, výukové materiály na cvičení, ČVUT FEL 2015, 148s

[3] Pinker, J.: Mikroprocesory a mikropočítače. 1.vydání. Praha:BEN - technická literatura, 2004. ISBN 80-7300-110-1

[4] Schultz,T.: C and the 8051. 4th edition. 2008, Wood Island Prints, ISBN 0978399501.

[5] Ibrahim, D.: Microcontroller projects in C. 1. Vydání. Oxford: Newnes 2000. ISBN 0 750646403

[6] First Steps with Embedded Systems 2002, Byte Craft Limited, http://www.bytecraft.com

Poznámka:

2p+2c+2d

Další informace:

https://cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/B2M37MAM

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	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 Nentvich O. 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337místnost T2:B2-717 Krška J. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337místnost T2:B2-717 Nentvich O. 12:45–14:15 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337místnost T2:C3-340 Vítek S. Skalický P. 14:30–16:00 (přednášková par. 1) Dejvice T2:C3-340
Čt	místnost T2:B2-717 09:15–10:45 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337místnost T2:B2-717 Skalický P. 14:30–16:00 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337 místnost T2:B2-717 Skalický P. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337místnost T2:B2-717 Skalický P. 12:45–14:15 (přednášková par. 1) Dejvice Laboratoř K337
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Lékařská elektronika a bioinformatika - Specializace Bioinformatika (povinně volitelný předmět)
• Elektronika a komunikace - Elektronika (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Audiovizuální technika a zpracování signálů (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Fotonika (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Technologie internetu věcí (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Komunikační sítě a internet (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Mobilní komunikace (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Rádiové komunikace a systémy (povinný předmět programu)
• Elektronika a komunikace - Komunikace a zpracování informace (povinný předmět programu)