ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Số tín chỉ: 03 Trình độ đào tạo: Đại học Ngành đào tạo: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ ***** ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG Số tín chỉ: 03 Trình độ đào tạo: Đại học Ngành đào tạo: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ KHOA: ĐIỆN TỬ TIN HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN Trình độ đào tạo: Đại học Ngành đào tạo: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Tên học phần: Thiết kế hệ thống nhúng Mã học phần: TIN431 Số tín chỉ: (2,1) Trình độ cho sinh viên: Năm thứ Phân bổ thời gian: - Lên lớp: 30 tiết lý thuyết, 30 tiết thực hành - Tự học: 90 Điều kiện tiên quyết: Kỹ thuật lập trình, Vi xử lý-vi điều khiển, Điện tử cơng suất, Điện tử số Giảng viên: STT Học hàm, học vị, họ tên Số điện thoại Email ThS Lê Văn Sơn 0977.985.786 anhsondt@gmail.com ThS Nguyễn Văn Tiến 0964.635.992 prochipcompany@gmail.com ThS Trương Văn Chúc 0987.384.556 truongvanchuc@gmail.com Mô tả nội dung học phần: Học phần Thiết kế hệ thống nhúng cung cấp cho sinh viên kiến thức hệ thống nhúng ứng dụng sản xuất cơng nghiệp Hiểu cấu trúc hệ thống nhúng, vi điều khiển nhúng, từ lập trình giao tiếp làm chủ cơng nghệ hệ nhúng Lập trình xử lý tác vụ để tối ưu hóa chương trình Thơng qua học phần này, sinh viên làm chủ công nghệ, ứng dụng vi điều khiển vào thực tiễn để thực yêu cầu tự động hóa sản xuất đời sống Mục tiêu chuẩn đầu học phần: 9.1 Mục tiêu Mục tiêu học phần thỏa mãn mục tiêu chương trình đào tạo: Mức độ Phân bổ mục tiêu Mục học phần Mô tả theo thang tiêu đo Bloom CTĐT MT1 Kiến thức Trình bày đặc điểm, khởi tạo, hệ [1.2.1.2a] MT1.1 thời gian thực hệ điều hành nhúng Phân tich thành phần, đặc điểm [1.2.1.2a] MT1.2 ứng dụng hệ thống nhúng [1.2.1.1c], MT1.3 Phân tích kỹ thuật xây dựng, phát Mục tiêu MT2 MT2.1 MT2.2 MT2.3 MT3 MT3.1 MT3.2 Mô tả triển phần mềm nhúng, hệ thống nhúng Kỹ Phân biệt dòng vi điều khiển hệ nhúng Vận dụng linh kiện điện tử IC để thiết kế mạch điện mô Vận dụng ngơn ngữ lập trình C để lập trình điều khiển hệ thống nhúng Năng lực tự chủ trách nhiệm Hình thành tư phân tích thành phần, thiết kế mạch lập trình điều khiển hệ thống nhúng Ước tính mức độ tích cực, độc lập, nghiêm chỉnh việc dự học lớp tự học, chuẩn bị tốt câu Mức độ theo thang đo Bloom Phân bổ mục tiêu học phần CTĐT [1.2.2.1] [1.2.2.2] [1.2.2.1], [1.2.2.2] [1.2.3.2] [1.2.3.1] [1.2.3.2] [1.2.1.2a] hỏi trước lên lớp MT3.3 Tuân thủ trình tự thiết kế mạch, lập trình điều khiển hệ thống nhúng 9.2 Chuẩn đầu Sự phù hợp chuẩn đầu học phần với chuẩn đầu chương trình đào tạo: CĐR học phần Mơ tả Kiến thức Phân tích đặc điểm, khởi tạo, hệ thời gian CĐR1.1 thực hệ điều hành nhúng Phân tich thành phần mạch điện thiết CĐR1.2 kế hệ thống nhúng Phân tích kỹ thuật xây dựng, phát triển phần CĐR1.3 mềm nhúng, hệ thống nhúng CĐR2 Kỹ Thang đo Bloom Phân bổ CĐR học phần CTĐT [2.1.4] [2.1.4] [2.1.2], [2.1.4] CĐR1 CĐR2.1 Áp dụng cấu trúc hệ thống nhúng để thiết kế mạch mô cho hệ nhúng 3 [2.2.3] CĐR học phần Phân bổ CĐR học phần CTĐT Thang đo Bloom Mơ tả Áp dụng sở kỹ thuật lập trình, điều hành để lập [2.2.2] trình điều khiển hệ nhúng Phác thảo vấn đề giải pháp kỹ thuật tới người khác [2.2.7] CĐR2.3 việc thực nhiệm vụ liên quan hệ nhúng CĐR3 Năng lực tự chủ trách nhiệm Ước tính mức độ làm việc độc lập, làm việc theo [2.3.1] CĐR3.1 nhóm việc phân tích, thiết kế phần cứng, chương trình đánh giá, đưa kết luận cơng việc nhóm Tổ chức dẫn dắt, giám sát thành viên nhóm [2.3.2] CĐR3.2 thực nhiệm vụ Đối chiếu chuyên môn bảo vệ quan điểm cá nhân [2.3.3] CĐR3.3 trước thành viên nhóm 10 Ma trận liên kết nội dung với chuẩn đầu học phần: Chuẩn đầu học phần Nội dung học phần Chương CĐR1 CĐR2 CĐR3 CĐR2.2 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Các khái niệm hệ thống nhúng 1.2 Lĩnh vực ứng dụng hệ nhúng 1.3 Đặc điểm công nghệ xu phát triển hệ nhúng 1.3.1 Đặc điểm công nghệ 1.3.2 Xu phát triển tăng trưởng hệ nhúng Bài thực hành số CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỆ NHÚNG 2.1 Các thành phần kiến trúc 2.1.1 Đơn vị xử lý trung tâm CPU 2.1.2 Xung nhịp trạng thái tín hiệu 2.1.3 Bus địa chỉ, liệu CĐR 1.1 CĐR 1.2 x x x CĐR 1.3 CĐR 2.1 x x CĐR 2.2 x CĐR 2.3 x CĐR 3.1 CĐR 3.2 x x x x CĐR 3.3 Chương Nội dung học phần điều khiển 2.1.4 Bộ nhớ 2.1.5 Ngoại vi 2.1.6 Giao diện 2.2 Một số phầm mềm nhúng thơng dụng (µP/ DSP/PLA) 2.2.1 Chíp vi xử lý/vi điều khiển nhúng 2.2.2 Chip DSP 2.2.3 PAL Bài thực hành số Bài thực hành số Chương Cơ sở kỹ thuật phần mềm nhúng 3.1 Đặc điểm phần mềm nhúng 3.2 Biểu diễn số liệu 3.2.1 Các hệ thống số 3.2.2 Số nguyên 3.2.3 Số dấu phẩy tĩnh 3.2.4 Số dấu phẩy động 3.2.5 Một số phép tính 3.3 Tập lệnh 3.3.1 Cấu trúc tập lệnh CISC RISC 3.3.2 Định nghĩa lệnh 3.3.3 Các kiểu truyền địa toán tử lệnh 3.3.4 Nguyên lý thực pipeline 3.3.5 Harzard 3.4 Ngôn ngữ môi trường phát triển 3.4.1 Ngôn ngữ 3.4.2 Biên dịch 3.4.3 Simulator 3.4.4 Emulator 3.4.5 Thiết kế hệ thống CĐR 1.1 x Chuẩn đầu học phần CĐR1 CĐR2 CĐR3 CĐR 1.2 CĐR 1.3 x CĐR 2.1 CĐR 2.2 CĐR 2.3 CĐR 3.1 x x x CĐR 3.2 CĐR 3.3 x Chương Nội dung học phần máy tính Bài thực hành số (Tiếp theo) Bài thực hành số Bài thực hành số Chương Hệ điều hành nhúng 4.1 Hệ điều hành 4.2 Bộ nạp khởi tạo (Boot loader) 4.3 Yêu cầu chung 4.4 Hệ điều hành thời gian thực Bài thực hành số (Tiếp theo) Bài thực hành số CHƯƠNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NHÚNG 5.1 Tác vụ q trình (process) 5.2 Lập lịch (Scheduling) 5.2.1 Các khái niệm 5.2.2 Các phương pháp lập lịch phổ biến 5.2.3 Kỹ thuật lập lịch 5.3 Truyền thông đồng 5.3.1 Semaphore 5.3.2 Monitor 5.4 Xử lý ngắt Bài thực hành số (Tiếp theo) Bài thực hành số CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ NHÚNG TỔ HỢP PHẦN CỨNG VÀ MỀM 6.1 Quy trình phát triển 6.2 Mơ hình hóa kiện tác vụ 6.2.1 Phương pháp mơ hình Petrinet 6.2.2 Qui ước biểu diễn mơ hình Petrinet 6.2.3 Mơ tả tình CĐR 1.1 Chuẩn đầu học phần CĐR1 CĐR2 CĐR3 CĐR 1.2 CĐR 1.3 CĐR 2.1 CĐR 2.2 CĐR 2.3 x x x x x x x x x x x x x CĐR 3.1 CĐR 3.2 CĐR 3.3 x x x x x x Chương Nội dung học phần CĐR 1.1 Chuẩn đầu học phần CĐR1 CĐR2 CĐR3 CĐR 1.2 CĐR 1.3 CĐR 2.1 CĐR 2.2 CĐR 2.3 CĐR 3.1 CĐR 3.2 CĐR 3.3 hoạt động với Petrinet 6.2.4 Ngôn ngữ mô tả phần cứng 6.3 Thiết kế phần mềm điều khiển 6.3.1 Mơ hình thực thi điều khiển nhúng 6.3.2 Thực thi điều khiển PID số Bài thực hành số (Tiếp theo) Bài thực hành số 11 Đánh giá học phần 11.1 Kiểm tra đánh giá trình độ Chuẩn đầu Mức độ thành thạo đánh giá CĐR1 Bài tập thực hành, tập lớn, kiểm tra thường xuyên, học phần Bài tập lớn chủ đề giao có nội dung liên quan đến kiến CĐR2 thức học phần Thi kết thúc học phần Kiểm tra thường xuyên; Bài tập lớn chủ đề lập trình hệ nhúng CĐR3 vi điều khiển theo nhóm 11.2 Cách tính điểm học phần: Tính theo thang điểm 10 sau chuyển thành thang điểm chữ thang điểm Trọng Ghi STT Điểm thành phần Quy định số Điểm thường xuyên, đánh giá nhận thức, thái độ thảo luận, 01 điểm đánh giá trở lên 20% chuyên cần sinh viên, điểm tập lớn, tập thực hành Kiểm tra học phần 01 thực hành 90 phút 30% Thi kết thúc học phần 01 thực hành 90 phút 50% 11.3 Phương pháp đánh giá - Điểm thường xuyên, đánh giá nhận thức, thái độ thảo luận, chuyên cần sinh viên đánh giá thông qua ý thức học tập, tỉ lệ diện sinh viên lớp, tinh thần, tác phong xây dựng bài, tự học, hoạt động nhóm - Điểm kiểm tra học phần theo hình thức thực hành thực sau học xong chương Cấu trúc đề kiểm tra bao gồm câu hỏi Điểm chấm đánh giá theo đáp án - Điểm thi kết thúc học phần theo kế hoạch, tiến độ đào tạo Sinh viên phụ đạo buổi trước thi Đề thi chọn ngẫu nhiên đề thi thực theo quy định Cấu trúc đề thi bao gồm câu hỏi Điểm chấm đánh giá theo đáp án 12 Phương pháp dạy học - Phương pháp dạy: Phương pháp trực quan, thuyết trình, đàm thoại - Phương pháp học: Phương pháp học nhóm, thảo luận nhóm 13 Yêu cầu học phần - Yêu cầu nghiên cứu tài liệu: Đọc tài liệu nguyên lý mạch hệ thống nhúng chức khối hệ thống - Yêu cầu làm tập: Làm đầy đủ tập lớn chủ đề tự học theo nhóm - Yêu cầu thái độ học tập: Chuẩn bị đầy đủ tài liệu dụng cụ trước đến lớp Ghi chép tích cực làm tập lớn chủ đề tự học, tự nghiên cứu - Yêu cầu chuyên cần: Sinh viên tham dự tối thiểu 80% thời lượng học phần - Yêu cầu kiểm tra học phần thi kết thúc học phần: Sinh viên thực theo kế hoạch tiến độ, quy chế 14 Tài liệu phục vụ học phần: - Tài liệu bắt buộc: [1] Giáo trình Thiết kế hệ thống nhúng - Trường Đại học Sao Đỏ (2013) - Tài liệu tham khảo: [2] Ngô Diên Tập, (2003), Kỹ thuật vi điều khiển, NXB Khoa Học Kỹ Thuật [3] Nguyễn Mạnh Giang, (2005), Cấu trúc, lập trình, ghép nối ứng dụng vi điều khiển phần 1: Vi điều khiển 8051/8052, NXB Lao Động Xã Hội 15 Nội dung chi tiết học phần: Tài Lý Thực liệu TT Nội dung giảng dạy Nhiệm vụ sinh viên thuyết hành đọc trước - Nghiên cứu mục tiêu, CHƯƠNG MỞ ĐẦU chương trình, kế hoạch Mục tiêu chương: dạy học phần - Trình bày khái niệm hệ Chuẩn bị học liệu thống nhúng, ứng dụng hệ phương tiện học tập nhúng đời sống sản xuất cần thiết Trình bày đặc điểm xu 2 [1] - Đọc nội dung tài liệu: phát triển hệ nhúng [1] Chương mục 1.1, Nội dung cụ thể: 1.2, 1.3 1.1 Các khái niệm hệ thống - Trình bày khái niệm nhúng hệ thống nhúng 1.2 Lĩnh vực ứng dụng hệ - Phân tích xu phát nhúng TT Nội dung giảng dạy phát triển hệ nhúng 1.3.1 Đặc điểm công nghệ 1.3.2 Xu phát triển tăng trưởng hệ nhúng Bài thực hành số CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỆ NHÚNG Mục tiêu chương: - Trình bày thành phần cấu trúc hệ thống nhúng - Trình bày số phần mềm vi điều khiển nhúng thông dụng Nội dung cụ thể: 2.1 Các thành phần kiến trúc 2.1.1 Đơn vị xử lý trung tâm CPU 2.1.2 Xung nhịp trạng thái tín hiệu Bài thực hành số (Tiếp theo) 2.1.3 Bus địa chỉ, liệu điều khiển 2.1.4 Bộ nhớ 2.1.5 Ngoại vi Bài thực hành số 2.1.6 Giao diện 2.2 Một số phần cứng nhúng thơng dung (µP/DSP/PLA) 2.2.1 Chíp vi xử lý/vi điều khiển nhúng Bài thực hành số (Tiếp theo) Tài Lý Thực liệu thuyết hành đọc trước 2 2 2 [1] [2] [1] [2] [1] [2] Nhiệm vụ sinh viên - Phân tích xu phát triển hệ nhúng - Làm thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1]- Chương 2, mục 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3, 2.1.4 [2] – Chương mục 2.1.1 - Trình bày chức thành phần kiến trúc hệ nhúng - Hoàn thành thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 2, mục 2.1.3, 2.1.4, 2.1.5 [2] - Chương mục 2.1.2, 2.2 - Trình bày hoạt động ngoại vi nhúng - Làm thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 2, mục 2.1.6, 2.2.1 [2] - Chương mục 2.3 - Trình bày đặc điểm số phần mềm nhúng - Hoàn thiện thực hành số TT Nội dung giảng dạy 2.2.2 Chip DSP 2.2.3 PAL Bài thực hành số CHƯƠNG CƠ SỞ KỸ THUẬT PHẦN MỀM NHÚNG Mục tiêu chương: - Trình bày cách biểu diễn số, liệu số phép tính - Trình bày tập lệnh cấu trúc lệnh, có kiến thức ngôn ngữ môi trường phát triển hệ nhúng Nội dung cụ thể: 3.1 Đặc điểm phần mềm nhúng 3.2 Biểu diễn số liệu 3.2.1 Các hệ thống số 3.2.2 Số nguyên 3.2.3 Số dấu phảy tĩnh 3.2.4 Số dấu phảy động 3.2.5 Một số phép tính Bài thực hành số (Tiếp theo) 3.3 Tập lệnh 3.3.1 Cấu trúc tập lệnh CISC RISC 3.3.2 Định nghĩa lệnh 3.3.3 Các kiểu truyền địa toán tử lệnh 3.3.4 Nguyên lý thực pipeline 3.3.5 Harzard Bài thực hành số 3.4 Ngôn ngữ môi trường Tài Lý Thực liệu Nhiệm vụ sinh viên thuyết hành đọc trước - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 2, mục [1] 2.2.2, 2,2,3 2 - Trình bày đặc điểm chip DSP, PAL - Làm thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 3, mục 3.1, 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3, 3.2.4, 3.2.5 - Trình bày kiểu số liệu thường dùng phép tính, phép chuyển đổi chúng - Hoàn thành thực [1] hành số 2 2 2 10 [1] [1] - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 3, mục 3.3 - Phân biệt khác cấu trúc RISC CISC - Trình bày số hoạt động với tập lệnh - Làm thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: TT Nội dung giảng dạy phát triển 3.4.1 Ngôn ngữ 3.4.2 Biên dịch Bài thực hành số (Tiếp theo) 3.4.3 Simulator 3.4.4 Emulator 3.4.5 Thiết kế hệ thống máy tính Kiểm tra học phần (hình thức thực hành) CHƯƠNG HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG Mục tiêu chương: Trình bày đặc điểm yêu 10 cầu hệ điều hành nhúng Nội dung cụ thể: 4.1 Hệ điều hành 4.2 Bộ nạp khởi tạo (Boot -loader) Bài thực hành số 4.3 Các yêu cầu chung 4.4 Hệ điều hành thời gian thực Bài thực hành số 11 Tài Lý Thực liệu thuyết hành đọc trước 2 [1] 2 [1] [2] 2 [1] [2] 11 Nhiệm vụ sinh viên [1] - Chương 3, mục 3.4.1, 3.4.2 - Trình bày chức cơng cụ phần mềm biên dịch - Hoàn thiện thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 3, mục 3.4.3, 3.4.4, 3.4.5 - Trình bày thao tác mô hệ thống phần mềm máy tính - Sinh viên làm kiểm tra học phần - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 4, phần 4.1, 4.2 [2] - Chương mục 3.2.1 Trình bày khái niệm đặc điểm hệ điều hành nhúng - Làm thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 4, mục 4.3, 4.4 [2] - Chương mục 3.1, 3.3 - Trình bày yêu cầu chung hệ điều hành, đặc điểm hệ điều hành thời gian thực - Làm thực hành số TT Nội dung giảng dạy CHƯƠNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH NHÚNG Mục tiêu chương: - Trình bày kỹ thuật lập trình tác vụ, lập lịch truyền thơng - Trình bày số yêu cầu xử lý ngắt cứng ngắt mềm 12 Nội dung cụ thể: 5.1 Tác vụ trình (process) 5.2 Lập lịch (Scheduling) 5.2.1 Các khái niệm 5.2.2 Các phương pháp lập lịch phổ biến 5.2.3 Kỹ thuật lập lịch Bài thực hành số (Tiếp theo) 5.3 Truyền thông đồng 5.3.1 Semaphore 5.3.2 Monitor 5.4 Xử lý ngắt Bài thực hành số Tài Lý Thực liệu thuyết hành đọc trước 2 13 2 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ NHÚNG TỔ HỢP PHẦN CỨNG VÀ MỀM Mục tiêu chương: 14 - Trình bày quy trình phát triển mơ hình hóa kiện tác vụ - Trình bày cách sử dụng ngơn ngữ mơ tả phần cứng phần 2 12 [1] [2] [1] [2] [1] Nhiệm vụ sinh viên - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 5, mục 5.1, 5.2 [2] - Chương mục 3.2.2, 3.3.3, - Trình bày hoạt động tác vụ - Các khái niệm kỹ thuật lập lịch hệ thống nhúng - Hoàn thiện thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 5, phần 5.3, 5.4 [2] - Chương phần 3.3.4, - Phân tích q trình truyền thông khối hệ nhúng - Xử lý ngắt cứng ngắt mềm - Làm thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 6, mục 6.1, 6.2.1, 6.2.2, 6.2,3 - Phân tích bước cần thực thiết kế hệ nhúng - Trình bày bước mơ hình hóa kiện, tác vụ TT Nội dung giảng dạy mềm Nội dung cụ thể: 6.1 Qui trình phát triển 6.2 Mơ hình hóa kiện tác vụ 6.2.1 Phương pháp mơ hình Petrnet 6.2.2 Qui ước biểu diễn mơ hình Petrinet 6.2.3 Mơ tả tình hoạt động với Petrinet Bài thực hành số (Tiếp theo) 6.2.4 Ngôn ngữ mô tả phần cứng 6.3 Thiết kế phần mềm điều khiển 15 6.3.1 Mơ hình thực thi điều khiển nhúng 6.3.2 Thực thi điều khiển PID số Bài thực hành số Tài Lý Thực liệu thuyết hành đọc trước 2 [1] Nhiệm vụ sinh viên - Hoàn thành thực hành số - Đọc nội dung tài liệu: [1] - Chương 6, phần 6.2.4, 6.3 - Tạo project dự án lập trình - Hiệu chỉnh thống số cần thiết để hệ thống hoạt động ổn định - Làm thực hành số Hải Dương, ngày 19 tháng 08 năm 2016 KT TRƯỞNG KHOA PHÓ TRƯỞNG KHOA Trần Duy Khánh 13 TRƯỞNG BỘ MÔN Nguyễn Thị Quyên ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ KHOA: ĐIỆN TỬ TIN HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN Trình độ đào tạo: Đại học Ngành đào tạo: Kỹ thuật điều khiển tự động. .. động hóa Tên học phần: Thiết kế hệ thống nhúng Mã học phần: TIN431 Số tín chỉ: (2,1) Trình độ cho sinh viên: Năm thứ Phân bổ thời gian: - Lên lớp: 30 tiết lý thuyết, 30 tiết thực hành - Tự học: ... tạo, hệ thời gian CĐR1.1 thực hệ điều hành nhúng Phân tich thành phần mạch điện thiết CĐR1.2 kế hệ thống nhúng Phân tích kỹ thuật xây dựng, phát triển phần CĐR1.3 mềm nhúng, hệ thống nhúng CĐR2 Kỹ