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/

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»

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