BME VIK - Mikrorendszerek tervezése

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Raikovich Tamás,

A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/VIMIMA14

4. A tantárgy előadója

Raikovich Tamás

tanársegéd

Méréstechnika és Információs Rendszerek

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Digitális technika

6. Előtanulmányi rend

Kötelező:

NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIMIM363" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIMIM363", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:
Nincs

7. A tantárgy célkitűzése

A korszerű elektronikai berendezések felépítésében domináns módon jelentkezik az egyetlen áramkörben történő teljes rendszer megvalósítás igénye. Ez az SoC (System on a Chip) koncepció valódi VLSI technológia mellett lehetővé teszi az analóg komponensek integrálását is, de sok szempontból ígéretes a SoPC (System on a Programmable Chip), az FPGA-k használatán alapuló digitális mikrorendszer fejlesztési technológia is.

A tárgy célkitűzése, hogy gyakorlatorientáltan bemutassa az FPGA alapú, SoPC rendszer tervezésének egyes fázisait.

8. A tantárgy részletes tematikája

Oktatási hét	Tematika
1. hét	Dedikált és általános célú mikrorendszerek. Megvalósítási lehetőségek programozható áramkörökkel, az FPGA-k tulajdonságai. Komplex vezérlések realizálása. Magas szintű állapotgép, általános célú vezérlő.
2. hét	Egy tipikus mikrovezérlő belső felépítésének elemzése. A konfigurálható mikroprocesszor struktúrák előnyei. Utasításkészlet, működési modell, adatstruktúra kialakítása.
3. hét	FPGA alapú beágyazott mikrorendszerek tervezése mikrovezérlőkkel. Funkcionális modulok - IP (Intellectual Property) alkalmazása a tervezésben, az újrahasznosíthatóság előnyei. FPGA alapú 8- 16- és 32- bites mikrovezérlők (főként: Picoblaze, MiniRisc, Microblaze, Zynq).
4. hét	A System-on-Chip rendszerek központi építőeleme: az áramkörön belüli kommunikációs hálózat. Egyszerű buszok, hierarchikus buszok. Fontosabb buszstruktúrák áttekintése. (főként: LMB, PLB, Amba, AXI,Whisbone)
5. hét	Hardver-szoftver szétválasztás, realizációs opciók és költségeik. Alkalmazás specifikus funkcionális egységek adatfolyam tervezésének lépései. Hardveres gyorsító rendszerek beépítésének technológiája.
6. hét	FPGA alapú mikrorendszerek hardver fejlesztése a gyakorlatban 1. A fontosabb FPGA gyártók által támogatott rendszermegoldások ismertetése. Xilinx EDK (Embedded Development Kit) megismerése.
7. hét	FPGA alapú mikrorendszerek hardver fejlesztése a gyakorlatban 2. Gyári IP magok összeépítése. Saját periféria létrehozása. Nagyteljesítményű jelfeldolgozó magok illesztése. Magasszintű HW tervezés korszerű módszerei.
8. hét	Fejlesztéstámogató eszközök az SoPC rendszerekhez a gyakorlatban. Szimulátorok, busz funkcionális modellek, teszt generátorok.
9. hét	Beágyazott logikai analizátor. Szoftveres debugger használata. Hardver-szoftver együttes fejlesztés és debuggolás. Profiling, végrehajtási idő elemzés.
10. hét	Firmware és szoftver fejlesztési eszközök a gyakorlatban 1. Hardver-szoftver együttes tervezés módszertana. Eszköz független GCC technológiai platform. Fordítók, linkerek, assemblerek és használatuk.
11. hét	Firmware és szoftver fejlesztési eszközök a gyakorlatban 2. Az Eclipse GUI és szolgáltatásai egy tipikus projekt fejlesztés során. Bare-metal, mikrokernel és Linux operációs rendszerek kialakítása.
12. hét	Linux operációs rendszerek használata SoPC platformon 1. Operációs rendszer rétegei. BSP (Board Support Package) kialakítása, eszközfa (device-tree) használata.
13. hét	Linux operációs rendszerek használata SoPC platformon 2. Kernel fordítás saját hardver platformon. Kernel modul (driver) fejlesztése egyedi IP modulhoz.
14. hét	A mikrorendszerek fejlődésének áttekintése, várható trendek, irányzatok. Új típusú eszközök, processzorok, fejlesztési technológiák.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás és gyakorlat

10. Követelmények

Aláírást az kaphat, aki a félévközi követelményt, az előírt tervezési feladatot elfogadható minőségben legkésőbb a pótlási hét végéig teljesíti. Az aláírás megszerzése a vizsgára jelentkezés feltétele. A tárgyból írásbeli vizsgát tartunk, vizsgaidőszakban, 3 alkalommal. A végleges félévi jegyet a vizsgán elért eredmény (75%) és a félévközi tervezési feladatra kapott értékelés (25%) együttesen határozza meg.

11. Pótlási lehetőségek

A házi feladat a szorgalmi időszakban vagy a pótlási hét végéig beadható.

12. Konzultációs lehetőségek Megegyezés szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Előadás jegyzet és segédletek a tárgy honlapján elérhetők

James O. Hamblen, M.D. Furman: Rapid Prototyping of Digital Systems, Kluwer Academic Publisher ISBN 0-7923-8604-3

Z. Salcic, A. Samilagic: Digital System Design and Prototyping Using Field programmable Logic, Kluwer Academic Publisher ISBN 0-7923-9935-8

Ronald Sass and Andrew G. Schmidt: Embedded Systems Design with Platform FPGAs: Principles and Practices. ISBN: 978-0123743336

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontaktóra	42
Készülés előadásra	7
Készülés gyakorlatra	7
Házi feladat elkészítése	32
Vizsgafelkészülés	32
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Fehér Béla	egyetemi docens	Méréstechnika és Információs Rendszerek
Raikovich Tamás	tanársegéd	Méréstechnika és Információs Rendszerek

Egyéb megjegyzések A tárgy neve angolul: System on a Chip Design