Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
https://moodle.fel.cvut.cz/course/A8M37MAM
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.
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.
Osnovy 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
Osnovy 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. |
Literatura:
| 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 |
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.
Klíčová slova:
Mikroprocesor, adresování, paměti, přerušení, připojení periferií, multiprocesorové systemy a komunikace, ekonomický návrh a realizace
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Stránka vytvořena 7.6.2023 12:50:08, semestry: L/2022-3, Z/2024-5, Z/2023-4, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |