Wstęp do systemów wbudowanych

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

WSYW

1

Przedstawienie podstawowych zagadnień związanych z systemami wbudowanymi i zaznajomienie z metodami projektowania, realizacji i uruchamiania prostych systemów wbudowanych ze szczególnym uwzględnieniem mikroprocesorów wykorzystujących architekturę Cortex-M. Po przedmiocie WSYW student powinien rozumieć różnicę między zwykłym systemem komputerowym a systemem wbudowanym, powinien potrafić zaprojektować i zrealizować prosty system wbudowany wykorzystujący mikroprocesor ARM Cortex-M i komunikujący się z układami peryferyjnymi za pośrednictwem typowych interfejsów takich jak I2C, SPI, UART, 1-Wire itp. wykorzystując przerwania i DMA, powinien umieć przetestować pracę zaprojektowanego systemu przy pomocy dedykowanego oprogramowania. Powinien umieć zapewnić właściwe zasilanie systemu z uwzględnieniem trybów ograniczonego poboru mocy...

Informacje ogólne:

Zajęcia będą obejmować klasyczne wykłady wprowadzające w zagadnienia ogólne oraz laboratorium. Wykłady zostaną przeprowadzone w formie 8 wykładów dwugodzinnych. Po zakończeniu wykładów zostanie przeprowadzony sprawdzian. Sprawdzian poprawkowy zostanie przeprowadzony pod koniec semestru.

Zajęcia laboratoryjne będą trojakiego rodzaju:

1. Zajęcia wprowadzające, podczas których studenci z bezpośrednią pomocą prowadzącego będą zapoznawać się z używanym środowiskiem oraz z kolejnymi zagadnieniami (5 spotkań).
2. Zajęcia sprawdzające, podczas których studenci będą samodzielnie rozwiązywać proste problemy opisane w instrukcji i dające się zrealizować w ramach pojedynczych zajęć (3h). Zajęcia te mogą wymagać wcześniejszego przygotowania planu pracy (który studenci powinni przesłać prowadzącemu). Prowadzący będzie oceniać przebieg samodzielnej pracy w laboratorium, uzyskane wyniki i przygotowany raport końcowy (po jego przesłaniu). (5 spotkań, w miarę możliwości na zmianę z zajęciami typu 1)
3. Zajęcia związane z opracowaniem i uruchomieniem w laboratorium bardziej złożonego systemu. Powinny one odbywać się podczas 5 ostatnich spotkań w laboratorium. W ich ramach studenci będą pod nadzorem i opieką prowadzącego opracowywać, uruchamiać i testować bardziej złożony system, wykorzystując wiedzę zdobytą i przećwiczoną podczas zajęć typu 1 i 2.

Opis wykładu:

1. Wstęp, omówienie tematyki systemów wbudowanych, klasyfikacja systemów wbudowanych, schemat blokowy systemu wbudowanego
2. Zagadnienia związane z zasilaniem systemu wbudowanego i podłączaniem układów zewnętrznych – analogowych i cyfrowych. Zagadnienia związane z odsprzężeniem zasilania, prowadzeniem masy, barierami izolacyjnymi
3. Omówienie architektury ARM z uwzględnieniem podstawowych układów peryferyjnych.
4. Wybrane języki programowania i środowiska używane do tworzenia oprogramowania dla systemów wbudowanych.
5. Zagadnienia ekonomiczne związane z realizacją systemów wbudowanych – optymalizacja kosztów. Zagadnienia związane z certyfikacją systemów wbudowanych.

Laboratorium:

Zajęcia laboratoryjne pozwolą studentom zapoznać się w praktyce z następującymi zagadnieniami:

• Środowisko do tworzenia oprogramowania dla używanych systemów, biblioteki
• Uruchamianie i debugowanie oprogramowania na systemie wbudowanym
• Konfiguracja i obsługa wewnętrznych zegarów i urządzeń peryferyjnych
• Wykorzystanie przerwań i DMA
• Zapewnienie niezawodności systemu
• Obsługa interfejsów komunikacyjnych
• Obsługa wejść i wyjść analogowych
• Korzystanie z pamięci nieulotnej
• Zarządzanie poborem mocy

Końcowe zajęcia laboratoryjne związane ze stworzeniem i uruchomieniem większego systemu będą obejmować następujące elementy:

• Wybór zadania do rozwiązania, dobór właściwego procesora z wykorzystaniem CubeMX, wybór właściwego modułu mikroprocesorowego i płytek rozszerzających, opracowanie schematu zaprojektowanej platformy sprzętowej.
• Stworzenie i uruchomienie oprogramowania diagnostycznego dowodzącego poprawnego działania opracowanej platformy sprzętowej.
• Stworzenie, uruchomienie i przetestowanie oprogramowania realizującego założoną funkcjonalność projektowanego systemu.

1. Mikrokontrolery STM32 w praktyce, Krzysztof Paparocki, BTC, 2011
2. Mikrokontrolery STM32 dla początkujących, Aleksander Kurczyk, BTC, 2019
3. Cortex-M3 Technical Reference Manual, ARM Infocenter
4. Literatura uzupełniająca dotycząca FreeRTOS i MicroPythona
   • Mastering the FreeRTOS Real Time Kernel - a Hands On Tutorial Guide
   • FreeRTOS V10.0.0 Reference Manual
   • Programming with MicroPython, Nicholas H. Tollervey, O'Reilly Media; September 2017

Oprogramowanie:

CubeMX, środowisko do tworzenia i uruchamiania oprogramowania dla procesorów ARM

Zaliczenie przedmiotu odbędzie się na podstawie oceny łącznej uzyskanej przez zsumowanie punktów zdobytych na sprawdzianach oraz w laboratorium.

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych

103300 - Instytut Systemów Elektronicznych