Микропроцессорные средства систем автоматизации и управления

Цели

Обеспечить все возрастающий спрос на специалистов в области разработки программного обеспечения для микроэлектронных устройств.
Добиться таких результатов, чтобы студент мог быть помощником в проектной деятельности преподавателя, а по окончании университета квалифицированным профессионалом у работодателя.
В курсе изучается отечественная серия микроконтроллеров фирмы Миландр с процессором Cortex-M3.

Задачи

Формирование у студента наиболее прогрессивной мотивации - получение знания, а не диплома, для этого используются современный инженерный инструментарий, соответствующий всем требованиям профессионального стандарта "Программист".
Приобретение студентами знаний по содержанию, последовательности и методам проектирования микропроцессорных систем (МПС) автоматизации и управления (САУ), а также практических навыков по разработке программного обеспечения для микропроцессорных САУ.
Получение знаний в области разработки ПО для МК семейства 1986ВЕ9х, что будет подтверждено сертификатом фирмы Миландр.

Объем курса

  1. project:lecture - 8 лекций.
  2. project:practice - 8 занятий.
  3. Лабораторные работы - 4 занятия по две пары.
  4. project:iz-001 - 1 или 2, кто сколько успеет.
  5. project:ref-001 - один реферат.
  6. Домашние задания - 1-5. (Выдаются по ходу изложения курса)

Содержание лекций

1 Основы микропроцессорной техники.

Краткий исторический обзор. Обзор вычислительных сред, принципы их построения. Микропроцессоры (МП), микро-ЭВМ и микропроцессорные системы (МПС). Влияние технологии на архитектуру и методы проектирования ЭВМ и систем на МП. Способы реализации вычислительных алгоритмов. Принцип программного управления. Классификация МПС по назначению.
Основы микропроцессорной техники. Основные понятия и термины микропроцессорной техники. Общая логическая структура МПС (микро-ЭВМ). Понятие архитектуры МП. Производительность микропроцессора и методы её оценки. Архитектурные способы повышения производительности МП и МП систем. Способы обмена информацией в МПС. Общая организация МП. Организация памяти в МПС. Основные характеристики МП. Классификация МП по их основным характеристикам. Обзор МП Intel семейства x86, эволюция архитектуры, технологии и режимы работы. ARM-процессоры, сравнение с МП ф.Intel. Параллельные вычисления, графические процессоры.

  1. Материал по теме находится в задаче #1129
  2. Схемотехника цифровых устройств: учебное пособие / В. А. Потехин ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск). - Томск : Издательство ТУСУРа, 2015. - 501 с.: Библиотека ТУСУР,
  3. Шарапов, А. В. Основы микропроцессорной техники : учебное пособие / А. В. Шарапов; Федеральное агентство по образованию, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - Томск ТМЦДО, 2008. - 103 с. : Библиотека ТУСУР.
  4. Музеи истории вычислительной техники в России: http://www.computer-museum.ru/othermus/0_1.htm

2 Схемотехнические основы и элементная база МПС.

Схемотехнические основы МК и систем. Элементная база интегральных схем (ИС) в МПC. Технологии производства больших ИС (БИС). Логические элементы, триггеры, мультиплексоры и демультиплексоры, дешифраторы, регистры, АЛУ, память (ОЗУ: SRAM, DRAM, ПЗУ: Flash, EEPROM, FRAM, MRAM), программируемые интегральные схемы, микропроцессорные супервизоры; АЦП/ЦАП, буферные элементы, элементы гальванической развязки интерфейсные микросхемы. Вспомогательные интерфейсы класса «микросхема-микросхема» (UART, I2C, SPI,...), сетевые интерфейсы (RS485, Ethernet, CAN, ...), отладочные интерфейсы (JTAG, SWD,..).

Материал по теме находится в задаче #1129 и #1768.

3 Обзор микроконтроллеров.

Особенности функ­ци­о­наль­но-струк­тур­ной организации и структура МК. Обзор современных 8-, 16-, 32-х разрядных МК основных фирм производителей: Analog Device, Atmel, Microchip, STM, Taxes Instruments, Fujitsu, Renesas, NXP, Миландр. Процессорные ядра MCS-51, PIC, AVR, MSP430, ARM (ARM-7,9,11, Cortex-M,R,A), их сравнительная характеристика. Архитектурные методы повышения про­из­во­ди­тель­но­сти. Тенденции развития МК и МП.

Материал по теме находится в задаче #1129.
Сайт компании ARM: http://infocenter.arm.com, http://arm.com
Сайт компании Intel: http://intel.com
Сайт компании Texas Instrument: http://ti.com
Сайт компании Microchip: www.microchip.com
Сайт компании STMicroelectronics: http://www.st.com

4 Процессорное ядро Cortex-M3.

Особенности архитектуры Cortex-M3. Режимы работы ЦПУ. Система команд, режимы адресации. Организация системы прерываний и прямого доступа к памяти. Кросс-средства про­грам­ми­ро­ва­ния для Cortex-M3.

  1. Джозеф Ю. Ядро Cortex-M3 компании ARM.— ДМК Пресс. Додэка XXI , 2015 — 535 с. Источник: Российская государственная библиотека (РГБ).
  2. Материал по теме смотри в Спецификации на МК Серия 1986ВЕ9х, К1986ВЕ9х, К1986ВЕ92QI, К1986ВЕ92QC, К1986ВЕ91Н4, высокопроизводительных 32-разрядных микроконтроллеров на базе процессорного ядра ARM Cortex-M3
  3. http://milandr.ru
  4. http://milandr.ru/press/smi/
  5. http://milandr.ru/products/
  6. http://read.pudn.com/downloads159/doc/709030/Thumb-2SupplementReferenceManual.pdf - ARM Architecture Reference Manual Thumb-2 Supplement.
  7. https://web.eecs.umich.edu/~prabal/teaching/eecs373-f10/readings/ARMv7-M_ARM.pdf
  8. https://developer.arm.com/docs/ddi0403/e/armv7-m-architecture-reference-manual

Вопросы для подготовки к экзамену

Содержание и рекомендации по практическим занятиям

Введение в программирование МК.

Оценка степени предварительной подготовки студентов (письменный тест по изученным и сданным дисциплинам). Краткое анкетирование.

Тестовые задачи из обеспечивающих курсов по программированию и электроники согласно рабочим программам по дисциплинам:
  1. Вычислительная математика,
  2. Вычислительные машины, системы и сети,
  3. Информационные технологии,
  4. Компонентно-ориентированное программирование,
  5. Математическая логика и теория алгоритмов,
  6. Объектно-ориентированное программирование,
  7. Операционные системы,
  8. Программирование и алгоритмизация,
  9. Средства автоматизации и управления,
  10. Схемотехника электронных средств.

Введение в про­грам­ми­ро­ва­ние мик­ро­кон­трол­ле­ров. Формулировка про­фес­си­о­наль­ных требований к разработчику встраиваемых систем, обоснование условий сдачи индивидуальных заданий, экзаменов и проектов. По этому вопросу рекомендуем литературу:

  1. Приказ Министерства труда и социальной защиты РФ от 18 ноября 2013 г. N 679н "Об утверждении профессионального стандарта "Программист" - С изменениями и дополнениями от: 12 декабря 2016 г.: В другом месте, http://ivo.garant.ru/#/document/70547858:0
  2. Профессиональный стандарт. Системный программист. - Российский союз промышленников и предпринимателей., Москва, 2012 - 29 с.: В другом месте, http://www.apkit.ru/committees/education/PS_SP_4.0.pdf

Все вопросы, этапы работ должны быть обязательно опубликованы в системе Redmine, в проекте project:practice и подпроекте с номером Вашей группы.

Темы и рекомендации по тематическим рефератам

из внешней сети

Все вопросы, этапы работ и готовые рефераты должны быть обязательно опубликованы в системе Redmine, в проекте project:ref-001 и подпроекте с номером Вашей группы.

Важно прочесть и понять: Правило номер 0

Индивидуальные задания и рекомендации по их выполнению

из внешней сети

Все отчеты по ИЗ должны быть обязательно опубликованы в системе Redmine, в проекте project:iz-001 и подпроекте с номером Вашей группы

Лабораторные работы

Методическое пособие по ЛР.

Методическое пособие как настроить среду разработки IAR Embedded Workbench for ARM для микроконтроллеров производства АО «ПКК Миландр». Пояснения и файлы находятся в задаче #1809.

Все отчеты по ЛР должны быть обязательно опубликованы в системе Redmine, в проекте Лабораторные работы и подпроекте с номером Вашей группы

Полезные ресурсы

Ресурсы, общение по программированию: http://coding.tomsk.ru/

Форум разработчиков электроники

Учебные материалы на сайте ф. Миландр

Группа ВК 'Встраиваемые системы'