Název:

Návrh externích adaptérů a vestavěných systémů

Zkratka:NAV
Ak.rok:2010/2011
Semestr:letní
Studijní plán:
ProgramOborRočníkPovinnost
IT-MGR-2MBI2.povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MBS-povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MGM-volitelný
IT-MGR-2MGM.-volitelný
IT-MGR-2MIN-volitelný
IT-MGR-2MIN.1.volitelný
IT-MGR-2MIS-volitelný
IT-MGR-2MIS.-volitelný
IT-MGR-2MMI2.povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2MMM-volitelný
IT-MGR-2MPS1.povinný
IT-MGR-2MPV2.povinný
IT-MGR-2MSK2.povinně volitelný - skupina C
IT-MGR-2EITE2.volitelný
Vyučovací jazyk:čeština
Kredity:5 kreditů
Ukončení:zkouška (písemná)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:26016100
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:60150817
Garant:Kotásek Zdeněk, doc. Ing., CSc., UPSY
Přednášející:Kořenek Jan, Ing., Ph.D., UPSY
Martínek Tomáš, Ing., Ph.D., UPSY
Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA, UPSY
Cvičící:Kaštil Jan, Ing., UPSY
Šimek Václav, Ing., UPSY
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačových systémů FIT VUT v Brně
Prerekvizity: 
Hardware/Software Codesign (HSC), UPSY
 
Cíle předmětu:
  Rozvíjet znalosti získané v předmětech zaměřených na konstrukci počítačů, demonstrovat tyto principy při návrhu externích adaptérů a vestavěných systémů. Využít znalosti získané v předmětech zabývajících se návrhem číslicových systémů pro návrh a implementaci složitých číslicových systémů s komplikovaným sekvenčním chováním. Naučit studenty analyzovat podmínky, v nichž bude navrhované zařízení pracovat a na základě této analýzy zvolit řešení, které bude kompromisem z hlediska ceny, spolehlivosti a dynamických parametrů. V laboratorních cvičeních seznámit studenty se strukturou a principy činnosti komponent externích adaptérů a vestavěných systémů a s využitím návrhových systémů pro návrh těchto komponent.
Anotace:
  Jednotlivá témata přednášek jsou zaměřena na dílčí problémy, které musí návrhář řešit při návrhu komponent vestavěných systémů a adaptérů periferních zařízení. Studenti budou seznámeni s metodami využívanými při návrhu vestavěných systémů a externích adaptérů a možnostmi využití postupů, s nimiž se seznámili v předmětech zaměřených na technické vybavení počítačů. Laboratorní cvičení budou zaměřena na prezentaci těchto principů při návrhu vestavěných systémů a externích adaptérů v prostředí návrhového systému.
Získané dovednosti, znalosti a kompetence:
  Studenti se seznámí s principy návrhu číslicových systémů se složitým sekvenčním chováním respektující podmínky prostředí, do něhož bude aplikace nasazena. Naučí se rozhodovat mezi možnými způsoby realizace, tzn. rozdělit implementaci mezi obvodové a programové prostředky. Seznámí se se současnými nástroji pro podporu práce návrháře. Naučí se navrhovat externí adaptéry základních periferních zařízení a samostatně pracující počítačové systémy nasazené do reálného prostředí a účelově komunikující s uživatelem, příp. dalšími nadřazenými systémy.
Osnova přednášek:
 
  1. Typické aplikace vestavěných systémů, požadavky na vestavěný systém.
  2. Jádro vestavěného systému - procesor, jeho parametry ovlivňující cenu a výkon systému. Architektura procesorů využitelných ve vestavěných systémech.
  3. Operační systémy vestavěných aplikací. Typická architektura systémového a aplikačního softwaru. Paměťový subsystém, připojení, časování, typy a vlastnosti.
  4. Číslicové vstupy, snímání binární informace, číslicové výstupy, ovládání dvoustavových akčních členů, rozšiřování číslicových vstupů a výstupů, číslicová zpětnovazební smyčka, dvoustavová regulace. Analogový vstup a výstup, převodníky, komparátory, snímače polohy a ostatních veličin, ovládání analogových akčních členů.
  5. Ovládání vestavěného systému člověkem, klávesnice, zobrazení stavu a jiné informace, displeje LED a LCD znakové i grafické, obrazovka. Komunikace v rámci víceprocesorového vestavěného systému, komunikace s vnějšími systémy, sériová synchronní a asynchronní, paralelní, používané protokoly, sítě.
  6. Bezpečnost a odolnost proti poruchám. Pokročilé architektury a paralelismus ve vestavěných systémech, jejich programování. Realizace vestavěného systému hradlovým polem. Rozšířitelnost a náklady na vývoj.
  7. Systémová sběrnice, principy její konstrukce, komunikace mezi procesorem a externím adaptérem přes systémovou sběrnici, universální obvody externího adaptéru.
  8. Principy řízení periferních operací. Programové řízení periferní operace, generování a obsluha žádosti o přerušení, generování žádosti o přenos DMA a jeho realizace, vkládání čekacích stavů do komunikace s adaptéry.
  9. V/V sběrnice, principy řízení periferních zařízení přes V/V sběrnici. Principy konstrukce rozhraní mezi adaptéry a periferními zařízeními. Obvody (prvky) pro buzení/snímání sběrnicových signálů.
  10. Principy konstrukce paměťových obvodů na adaptérech. Principy komunikace s paměťovými prvky (registry, paměti) na adaptérech, adresace paměti, V/V adresový prostor.
  11. Návrh externího adaptéru na bázi mikroprogramového řadiče. Návrh externího adaptéru na bázi sekvenčního automatu.
  12. Syntéza externích adaptérů v prostředí návrhového systému.
  13. Uplatnění principů testovatelnosti při syntéze vestavěných systémů a externích adaptérů.
Osnova laboratorních cvičení:
 
  • Analýza komunikace s externím adaptérem přes sběrnici ISA pomocí logického analyzátoru.
  • Analýza komunikace s externím adaptérem přes sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
  • Analýza obsluhy IRQ na sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
  • Analýza DMA přenosů přes sběrnici PCI pomocí logického analyzátoru.
  • Návrh externího adaptéru s Boot ROM a její instalace do systému.
  • Analýza dějů na rozhraní Centronics pomocí logického analyzátoru.
  • Využití služeb DOSu a BIOSu pro řízení externích adaptérů a periferních zařízení.
  • Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
  • Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
  • Návrh obvodů externího adaptéru 1 v prostředí návrhového systému.
  • Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
  • Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
  • Návrh obvodů externího adaptéru 2 v prostředí návrhového systému.
Literatura referenční:
 
  • William Buchanan: Applied PC, Interfacing, Graphics and Interrupts, Addison-Wesley, 1996, Anglie, ISBN 0-201-87728-7, 383 stran
  • Friedhelm Schmidt: SCSI Bus & IDE Interface, Addison-Wesley, 1998, Anglie, ISBN 0-201-17514-2, 396 stran
  • Miroslav Šnorek: Standardní rozhraní PC, Grada, 1992, ISBN 80-85424-80-0, 246 stran
  • Miroslav Šnorek, Karel Richta, K.: Připojování periferií k PC, Grada Publishing, 1996, ISBN 80-7169-146-1, 303 stran
Literatura studijní:
 
  • Texty přednášek v elektronické podobě.
Kontrolovaná výuka:
  Absolvování laboratorních cvičení, půlsemestrální písemná zkouška.
Průběžná kontrola studia:
  Půlsemestrální písemná práce.