1.pdf

SYSTEMY WBUDOWANE

Jan Zabrodzki

jza@ii.pw.edu.pl

Program wykładu

• Wprowadzenie

• Cyfrowe układy kombinacyjne i sekwencyjne

• Pamięci półprzewodnikowe

• Przetworniki ac i ca

• Mikroprocesory i mikrokontrolery

• Programowanie w asemblerze

• Układy wyświetlania

• Przesyłanie informacji – wybrane standardy

• Języki opisu sprzętu

• Układy programowalne

• Systemy operacyjne czasu rzeczywistego

• Czujniki i elementy sterujące

• Problemy zasilania, diagnostyki, testowania i bezpieczeństwa

• Przykładowy system wbudowany

• LABORATORIUM

Literatura

• R. Pełka, Mikrokontrolery. Architektura, programowanie, zastosowania. WKŁ 2000

• M. Pawłowski, A. Skorupski, Projektowanie złożonych układów cyfrowych, WKŁ 2010

• P. Gałka, Podstawy programowania mikrokontrolera 8051 MIKOM, 2002

• K. Sacha, Systemy czasu rzeczywistego, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1999

Zaliczenie (wykład przedmiot zaliczeniowy)

• 3 godzinne kolokwia

Każde kolokwium za 20 punktów

Minimum dla zaliczenia 31 punktów

• Sprawdzian dodatkowy

System wbudowany

• Dowolne urządzenie, które zawiera komputer, ale samo nie jest uniwersalnym komputerem.

• Zawiera sprzęt i oprogramowanie.

• Może działać samodzielnie bez interwencji człowieka.

• Odpowiada, monitoruje, steruje otoczeniem za pomocą czujników i elementów

wykonawczych.

Cechy charakterystyczne

Specjalizowane funkcje – systemy dedykowane

• Praca w czasie rzeczywistym (często)

–Hard – przekroczenie czasu prowadzi do awarii

–Soft - przekroczenie czasu pogarsza parametry

• Specjalizowany procesor (często)

• Niskie koszty wytwarzania

• Optymalizacja poboru mocy

–Krytyczny pobór mocy przy zasilaniu bateryjnym

• Odporność na uszkodzenia – wysoka niezawodność pracy

Przykłady

• Drukarki

• Telefony

• Aparaty cyfrowe i kamery

• Samochody: sterowanie silnikiem, hamulcami itd. (kilkadziesiąt mikroprocesorów)

• Telewizor (wybór kanałów dekompresja sygnału)

• Urządzenia domowe

• Systemy monitorowania i nadzoru

• Automaty sprzedające (mikroprocesor 8b)

• Odbiornik GPS (mikroprocesor 16b)

• Odtwarzacz MP3 (mikroprocesor 32b)

• Robot – zabawka (mikroprocesor 64b)

• itd.

Specyfikacja funkcji systemowych

• Sterowanie zgodne z odpowiednimi prawami

• Sekwencyjność działania

• Przetwarzanie sygnałów

• Interfejs odpowiedni dla aplikacji

• Bezpieczeństwo – stopniowa degradacja (nie mogą to być uszkodzenia katastroficzne)

Elementy składowe

• CPU, pamięć, We, Wy

• Interfejsy: analogowy, cyfrowy

Implementacja SW

• Sprzęt

–Element przetwarzający (mikroprocesor, mikrokontroler)

–Peryferia

• Urządzenia we/wy

• Czujniki i elementy wykonawcze

• Protokoły

–Pamięć

–Szyna

• Oprogramowanie

–Systemowe (języki niskiego i wysokiego poziomu, SO, emulatory, symulatory itd.)

–Aplikacyjne

Rozwój sprzętu – wzrost szybkości i stopnia scalania

• Uniwersalne mikroprocesory i mikrokontrolery

• DSP

• Specjalizowane procesory

• SoC (Systems on Chip)

Oprogramowanie

• Programy muszą być poprawne logicznie i czasowo

• Muszą to być systemy reaktywne

• Krytyczna jest niezawodność i odporność na uszkodzenia

• Specyficzne dla zastosowania (brak uniwersalności)

• Wielozadaniowość i współbieżność

System wbudowany

• dowolne urządzenie, które zawiera komputer, ale samo nie jest uniwersalnym komputerem

• zawiera sprzęt i oprogramowanie

• może działać samodzielnie bez interwencji człowieka

• odpowiada, monitoruje, steruje otoczeniem za pomocą czujników i elementów

wykonawczych

Cechy charakterystyczne:

• specjalizowane funkcje – systemy dedykowane

• praca w czasie rzeczywistym (często)

–hard – przekroczenie czasu prowadzi do awarii

–soft przekroczenie czasu pogarsza parametry

• specjalizowany procesor (często)

• niskie koszty wytwarzania

• optymalizacja poboru mocy

• krytyczny pobór mocy przy zasilaniu bateryjnym

• odporność na uszkodzenia – wysoka niezawodność pracy

Przykłady

• drukarka

• telefony

• aparaty cyfrowe i kamery

• samochody sterowanie silnikiem hamulcami itp. (kilkadziesiąt mikroprocesorów)

• telewizor ( wybór kanałów, dekompresja sygnału)

• urządzenia domowe

• systemy monitorowania i nadzoru

• automaty sprzedające (mikroprocesor 8b)

• odbiornik GPS (mikroprocesor 16b)

• odtwarzacz MP# (mikroprocesor 32 b)

• robot – zabawka (mikroprocesor 64b)

Funkcja logiczna

nr a b c f

0 0 0 0 1

1 0 0 1 0

2 0 1 0 0

3 0 1 1 1

4 1 0 0 1

5 1 0 1 1

6 1 1 0 0

7 1 1 1 1

Układy kombinacyjne

niczego nie pamiętają, pamięć ulotna, wynik zależy tylko od tego co jest na wejściu

Bramki logiczne

• Negacja

• Suma

• Iloczyn

• NOR

• NAND

• XOR

Minimalizacja funkcji

• Znaleźć minimalną postać funkcji

ab\cd 00 01 11 10

00 1 1 1 1

01 0 1 1 0

11 1 0 0 0

10 1001

• Przedziały L i H reprezentujące sygnały logiczne 0 i 1.

CMOS

NAND

A B Q1 Q2 Q3 Q4 Z

L L off on off on H

L H off on on off H

H L on off off on H

H H on off on off L

Bramka transmisyjna

• Niedozwolone łączenie wyjść bramek

a) łączenie wyjść bramek z otwartym drenem,

b) łączenie wyjść bramek trójstanowych

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: