Laboratórium vnorených systémov: Rozdiel medzi revíziami

Aktuálna revízia z 12:39, 22. máj 2021

Laboratórium vnorených sytémov na UAMT FEI STU sa v priebehu rokov postupne vyvíjalo od pôvodného pravoviska na Katedre automatizácie a regulácie v ktorom sme začali pracovať s mikroprocesorovými systémami na báze jednočipových mikrokontrolérov Tesla Piešťany MHB 8035 a MHB 8048 (klon Intel MCS-480) v roku 1988. Vývojové pracovisko pozostávalo z krížového prekladača bežiaceho na počítačí SM4-20, programátora pamätí EPROM a mazačky. K dispozícii sme mali aj vývojové kufríkové systémy PMI-80, SM-8035 a pod.

Postupom času sme pracovali s mikropočítačmi rodiny Intel MCS-51 - de facto priemyselný štandard 8051 a vývojové pracovisko sa rozrástlo o vývojové kity pre procesory Siemens 80552, Motorola 68HC11 a k programátorom pamätí pribudli aj simulátor EPROM, obvodový emulátor procesorov x51, x552 a ďalších. Ako jedno z prvých pracovísk sme začali pracovať s kompilátorom jazyka C, vtedy pre procesory Motorola.

O laboratóriu

V súčasnej dobe sme schopní pracovať s 8-bitovými procesormi rodiny Intel x51, Microchip AVR, Microchip PIC ako aj 32-bitovými procesormi rôznych rodín ARM. Máme aj vývojové prostriedky pre populárne platformy Arduino, Raspberry Pi alebo micro:bit.

Okrem bežného vybavenia simulátormi a počítačmi s potrebným programovým vybavením disponujeme paralelným univerzálnym programátorom ELNEC (viac ako 1000 rozličných typov obvodov), osciloskopmi s analyzátormi zberníc UART, i2c a SPI, JTAG interfejsom a ďalšími unikátnymi zariadeniami.

Laboratórium spolupracuje s výrobcami čipov NxP a ON Semiconductor, ktorí nám poskytujú vzorky čipov pre študentov.

Ďalšie drobné prístrojové vybavenie a návody k nemu nájdete na [samostatnej stránke].

Náplň činnosti laboratória: Vnorené (embedded) systémy a ich prepojenie, programovanie a integrácia. Navrhovanie a konštrukcia elektronických zariadení. Senzory, inteligentné senzory a primárne spracovanie informácií. Digitálne technológie a rapid prototyping.

Predmety, ktoré v laboratóriu vyučujeme:

Výber z projektov realizovaných v laboratóriu

Acrob - pôvodná vývojová doska kompatibilná s platformou Arduino
Mexle - pôvodná vývojová platforma v spolupráci s FH Heilbronn v Nemecku

Výber z publikácií:

Richard Balogh: Acrob - an Educational Robotic Platform, AT&P Journal Plus magazine, November, 2010. Vol. 10(2), pp. 6-9. [Abstract] [BibTeX] [PDF]
Richard Balogh: Laboratory exercises with Acrob robot, In: Proceedings of 2nd International Conference on Robotics in Education (RiE 2011)., pp. 41-46. Vienna, Austria. [Abstract] [BibTeX] [PDF]
Gruhler, Gerhard, et al. Active learning in engineering-MEXLE an open source lab-in-a-box system for students in electrical engineering, electronics, signal processing and programming classes. EDULEARN2019, Palma de Mallorca, Spain (2019).

Čo je to vnorený (embedded) systém?

Povedzme, že je to špecializovaný počítačový systém, obvykle jednoúčelový, často pracujúci v reálnom čase. Býva súčasťou väčšieho zariadenia obsahujúca okrem elektroniky a software aj mechanické časti. Na rozdiel od univerzálneho počítača, ako je napr. PC, ktoré môže vykonávať aj stovky rozlučných úloh v závislosti na programovom vybavení, vnorené systémy pracujú s pevným programom.

Definícia nie je ustálená, niekoľko ďalších vhodných nájdete tu: http://www.google.com/search?q=define:Embedded+system

Možno lepšie ako definície poslúžia ukážky reálnych aplikácií, ktoré považujeme za vnorené:

Riadiaca jednotka pevného disku Quantum.
Riadiaca jednotka spaľovacieho motora Cummins.
Riadiaca jednotka pokladne Qex
Riadiaca elektronika trojfázového BLDC motora
Elektronika žiarivkového svietidla
Školský výučbový systém s procesorom Atmel AVR ATmega32
Procesorová doska riadiacej jednotky robota PUMA 600.
Vnútro ADSL modemu Netgear DG632
Stavebnica LEGO Mindstorms - procesor a senzory
Vehicle computer Microspace MPCX 47
Procesor Javelin Stamp
Procesor Basic Stamp II

Vývojové prostriedky

Pri vývoji vnorených systémov sa obvykle firmware vytvára na univerzálnom počítači pomocou tzv. krížových prekladačov. K dispozícii býva široká škála vývojových nástrojov:

USB programátor, LPT programátor a JTAG interface
Atmel Dragon programátor a JTAG debugger
Atmel AVR Studio IDE s integrovaným simulátorom
Vývojové prostredie pre CPLD firmy Xilinx

Niektoré ďalšie pracoviská a informácie sa nachádzajú aj tu: http://uamt.fei.stuba.sk/kega/vysledky-pracoviska.html

@@ Riadok 4: / Riadok 4: @@
 Postupom času sme pracovali s mikropočítačmi rodiny [https://sk.wikipedia.org/wiki/MCS-51 Intel MCS-51] - de facto priemyselný štandard 8051 a vývojové pracovisko sa rozrástlo o vývojové kity pre procesory Siemens 80552, Motorola 68HC11 a k programátorom pamätí pribudli aj simulátor EPROM, obvodový emulátor procesorov x51, x552 a ďalších. Ako jedno z prvých pracovísk sme začali pracovať s kompilátorom jazyka C, vtedy pre procesory Motorola.
+== O laboratóriu ==
 V súčasnej dobe sme schopní pracovať s 8-bitovými procesormi rodiny Intel x51, Microchip AVR, Microchip PIC ako aj 32-bitovými procesormi rôznych rodín ARM. Máme aj vývojové prostriedky pre populárne platformy Arduino, Raspberry Pi alebo micro:bit.
@@ Riadok 14: / Riadok 17: @@
-Predmety, ktoré v laboratóriu vyučujeme:
+Náplň činnosti laboratória: Vnorené (embedded) systémy a ich prepojenie, programovanie a integrácia.
+Navrhovanie a konštrukcia elektronických zariadení. Senzory, inteligentné senzory a primárne spracovanie informácií. Digitálne
+technológie a rapid prototyping.
+=== Predmety, ktoré v laboratóriu vyučujeme: ===
 * [[Mikropočítačové systémy (MIPS)]]
@@ Riadok 22: / Riadok 30: @@
-Výber z projektov realizovaných v laboratóriu
+=== Výber z projektov realizovaných v laboratóriu ===
 * [[Acrob]] - pôvodná vývojová doska kompatibilná s platformou Arduino
@@ Riadok 28: / Riadok 37: @@
-Výber z publikácií:
+=== Výber z publikácií: ===
 * Richard Balogh: ''[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/pdf/10ATPplusAcrob.pdf Acrob - an Educational Robotic Platform]'', AT&P Journal Plus magazine, November, 2010. Vol. 10(2), pp. 6-9. <nowiki>[</nowiki>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/balogh2010h.html Abstract]<nowiki>] [</nowiki>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/balogh2010h.html BibTeX]<nowiki>] [</nowiki>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/pdf/10ATPplusAcrob.pdf PDF]<nowiki>]</nowiki>
 * Richard Balogh: ''[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/pdf/11RiEAcrob.pdf Laboratory exercises with Acrob robot]'', In: Proceedings of 2nd International Conference on Robotics in Education (RiE 2011)., pp. 41-46. Vienna, Austria. <nowiki>[</nowiki>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/balogh2011c.html Abstract]<nowiki>] [</nowiki>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/balogh2011c.html BibTeX]<nowiki>] [</nowiki>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/balogh/pdf/11RiEAcrob.pdf PDF]<nowiki>]</nowiki>
 * Gruhler, Gerhard, et al. ''[https://ieeexplore.ieee.org/document/8421782 Active learning in engineering-MEXLE an open source lab-in-a-box system for students in electrical engineering, electronics, signal processing and programming classes]''. EDULEARN2019, Palma de Mallorca, Spain (2019).
+==  Čo je to vnorený (embedded) systém? ==
+Povedzme, že je to špecializovaný počítačový systém, obvykle jednoúčelový, často pracujúci v reálnom čase. Býva súčasťou väčšieho zariadenia obsahujúca okrem elektroniky a software aj mechanické časti. Na rozdiel od univerzálneho počítača, ako je napr. PC, ktoré môže vykonávať aj stovky rozlučných úloh v závislosti na programovom vybavení, vnorené systémy pracujú s pevným programom.
+Definícia nie je ustálená, niekoľko ďalších vhodných nájdete tu:
+http://www.google.com/search?q=define:Embedded+system
+Možno lepšie ako definície poslúžia ukážky reálnych aplikácií, ktoré považujeme za vnorené:
+<gallery>
+Obrázok:Emb_Foto01.jpg|Riadiaca jednotka pevného disku Quantum.
+Obrázok:Emb_Foto02.jpg|Riadiaca jednotka spaľovacieho motora Cummins.
+Obrázok:Emb_Foto03.jpg|Riadiaca jednotka pokladne Qex
+Obrázok:Emb_Foto04.jpg|Riadiaca elektronika trojfázového BLDC motora
+Obrázok:Emb_Foto05.jpg|Elektronika žiarivkového svietidla
+Obrázok:Emb_Foto06.jpg|Školský výučbový systém s procesorom Atmel AVR ATmega32
+Obrázok:Emb_Foto07.jpg|Procesorová doska riadiacej jednotky robota PUMA 600.
+Obrázok:Emb_Foto11.jpg|Vnútro ADSL modemu Netgear DG632
+Obrázok:Emb_Foto12.jpg|Stavebnica LEGO Mindstorms - procesor a senzory
+Obrázok:Emb_Foto18.jpg|Vehicle computer Microspace MPCX 47
+Obrázok:Emb_Foto19.jpg|Procesor Javelin Stamp
+Obrázok:Emb_Foto20.jpg|Procesor Basic Stamp II
+</gallery>
+== Vývojové prostriedky ==
+Pri vývoji vnorených systémov sa obvykle firmware vytvára na univerzálnom počítači pomocou tzv. krížových prekladačov. K dispozícii býva široká škála vývojových nástrojov:
+<gallery>
+Obrázok:MMP_xEval01.jpg|USB programátor, LPT programátor a JTAG interface
+Obrázok:MMP_xEval02.jpg|Atmel Dragon programátor a JTAG debugger
+Obrázok:MMP_xEval03.jpg|Atmel AVR Studio IDE s integrovaným simulátorom
+Obrázok:MMP_xEval04.jpg|Vývojové prostredie pre CPLD firmy Xilinx
+</gallery>
+Niektoré ďalšie pracoviská a informácie sa nachádzajú aj tu: http://uamt.fei.stuba.sk/kega/vysledky-pracoviska.html