Tổng quan về hệ thống nhúng

Tổng quan hệ thống nhúng Tổng quan hệ thống nhúng Bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Mục tiêu Sau hoàn thành module này, người học có khả năng: • Giải thích số khái niệm liên quan đến hệ thống nhúng, hệ điều hành nhúng phần mềm nhúng • Phân tích đặc điểm cấu trúc phần cứng, hệ điều hành phần mềm cho hệ thống nhúng • Ứng dụng thiết kế phát triển phần mềm cho hệ thống nhúng đơn giản • Rèn luyện khả tự nghiên cứu, khả làm việc theo nhóm Module giúp người học phát triển hoàn thiện lực: Phân tích (M3), Tư vấn (M3) Thực hiện(M3), thiết kế (M3) Điều kiện tiên Người học học môn Kỹ thuật điện tử; Kỹ thuật số; Vi xử lý; Kiến trúc máy tính; Lập trình hướng đối tượng; Học song song sau môn Hệ điều hành Mô tả module Module cung cấp cho người học kiến thức hệ thống nhúng, nội dung bao gồm: Giới thiệu chung hệ thống nhúng; Kiến trúc phần cứng hệ thống nhúng; Hệ điều hành nhúng, phần mềm nhúng Nội dung MODULE Tổng quan Hệ thống nhúng Giới thiệu môn học 1/11 Tổng quan hệ thống nhúng Hệ thống nhúng gì? Lịch sử phát triển hệ thống nhúng Xu hướng phát triển hệ thống nhúng Những thách thức vấn đề tồn với hệ thống nhúng Các đặc điểm hệ thống nhúng Một số ví dụ hệ thống nhúng Các thành phần kiến trúc phần cứng Hệ thống nhúng Đơn vị xử lý trung tâm CPU Xung nhịp trạng thái tín hiệu Bus địa chỉ, liệu điều khiển Bộ nhớ Ngoại vi Giao diện Một số phần cứng nhúng thông dụng Chip Vi xử lý/Vi điều khiển nhúng Chip DSP Cơ sở kỹ thuật phần mềm nhúng Phần mềm nhúng gì? Đặc điểm phần mềm nhúng Quy trình phát triển phần mềm nhúng Hệ điều hành cho Hệ thống nhúng Đặc điểm chung Hệ điều hành 2/11 Tổng quan hệ thống nhúng Hệ điều hành cho hệ thống nhúng - hệ điều hành thời gian thực Thời gian thực (Real - Time) gì? Các dạng thời gian thực Hệ điều hành thời gian thực Cơ Lập trình nhúng Biểu diễn số liệu Ngôn ngữ lập trình Các kiến trúc phần mềm nhúng thông dụng Tập lệnh Tác vụ truyền thông tác vụ Các tác vụ (Task) Truyền thông đồng tác vụ Semaphore Monitor Kĩ thuật lập lịch xử lý ngắt thời gian thực Các khái niệm Các phương pháp lập lịch phổ biến Kỹ thuật lập lịch Xử lý ngắt Thiết kế Hệ thống nhúng Quy trình phát triển Mô hình hóa kiện tác vụ 3/11 Tổng quan hệ thống nhúng Thiết kế phần mềm điều khiển Thiết kế phần mềm điều khiển Một số phương pháp phát triển phần mềm nhúng Project: Phân tích sơ đồ, cấu trúc phần cứng, phềm mềm hệ điều hành nhúng cho thiết bị cụ thể thực tế Tài liệu tham khảo: Sách giáo trình, Slide giáo viên biên soạn Sách tham khảo: [1] Giáo trình Hệ thống nhúng [2] TS Lưu Hồng Việt, “Hệ thống điều khiển nhúng” [3] Ken Arnold, “Embedded Controller Hardware Design” [4] Michael Barr, “Programming Embedded Systems” Học liệu: Giáo trình lưu hành nội bộ, sách tham khảo, máy tính, tài nguyên Internet, Projector Đánh giá: • Đánh giá trình (tiểu luận): 40% • Kiểm tra cuối kỳ: 60% Kế hoạch học tập Bố trí giảng dạy module Hệ thống nhúng (2 tín chỉ) sau: 30 tiết lí thuyết (thực 10 buổi, buổi tiết) tiết thảo luận 60 chuẩn bị cá nhân: 45 (tài liệu 90 trang) 15 (bài tập lớn) Kế hoạch học tập Bài 4/11 Tổng quan hệ thống nhúng Mục tiêu Hoạt động giáo viên Hoạt động sinh viên SG SV Điều kện thực • • • • • Trình bày mục tiêu Module Trình bày định nghĩa, lịch sử phát triển hệ thống nhúng Chỉ xu hướng phát triển thách thức với hệ thống nhúng Trình bày đặc trưng của hệ thống nhúng Trình bày đặc điểm cụ thể Hệ thống nhúng: Giao diện, kiến trúc CPU, thiết bị ngoại vi, công cụ phát triển độ tin cậy • Nêu số ví dụ • hệ thống nhúng thực tế • • Giới thiệu môn học, phương pháp học, mục tiêu môn học • Nêu số ứng dụng có sử dụng hẹ thống nhúng thực tế (máy giặt ) từ trình bày định nghĩa hệ thống nhúng • Trình bày xu hướng phát triển hệ thống nhúng nay, thách thức vấn đề tồn với hệ hệ thống nhúng • Lấy ví dụ máy PC để thấy rõ đặc điểm thành phần : hình, CPU, hệ điều hành, thiết bị ngoại vi • • Thảo luận đặc điểm PC về: Giao diện, CPU, hệ điều hành, phần mềm, thiết bi ngoại vi • Từ ví dụ trình bày đặc điểm Hệ thống nhúng Giao diện, kiến trúc CPU • Nêu vài ví dụ Hệ thống nhúng thực tế sống • Tổng kết học • Hướng dẫn sinh viên đọc tài liệu tham khảo, nhấn mạnh công việc sinh viên • • Đọc tài liệu [1] • Ghi nhận lại vấn đề bản, • Tham gia thảo luận vấn đề mà giáo viên nêu 5/11 Tổng quan hệ thống nhúng • Đọc tài liệu giao 8h • Phòng LT • Tài liệu tham khảo [1] • Trình bày thành phần kiến trúc phần cứng hệ thống nhúng • • Trình bày đặc điểm, chức thành phần phần cứng hệ thống nhúng: CPU, Bus, Bộ nhớ • • Thảo luận thành phần phần cứng hệ thống PC thông thường chức thành phần • • Thảo luận vai trò thành phần phần cứng PC • Liên hệ so sánh thành phần phần cứng PC với thành phần phần cứng hệ thống nhúng • Mô tả đặc điểm trình bày chức thành phần phần cứng hệ thống nhúng • Hướng dẫn sinh viên đọc tài liệu tham khảo, nhấn mạnh công việc sinh viên • • Đọc tài liệu [1] • Tham gia thảo luận vấn đề nêu • Nắm vứng kiến thức • môn học kiến trúc máy tính • Ghi vấn đề 8h - Phòng LT - Tài liệu tham khảo [1],[2] • Trình bày tổng quan Chip Vi xử lý nhúng • Trình bày số phần cứng nhúng thông dụng về: đặc điểm, • chức năng, ưu điểm • 6/11 Tổng quan hệ thống nhúng • Trình bày tổng quan Chip Vi xử lý nhúng Vai trò Chip hệ thống • Trình bày số phần cứng • nhúng • Giải thích đặc điểm, chức năng, ưu điểm với loại • Hướng dẫn sinh viên đọc tài liệu tham khảo • • Đọc tài liệu [1] • Nắm vứng kiến thức môn học kiến trúc máy tính • Ghi vấn đề • 8h - Phòng LT - Tài liệu tham khảo [1], [2] • Trình bày khái niệm phần mềm hệ thống nhúng, xu phát triển phần mềm nhúng giới tầm quan trọng • Trình bày đặc điểm phần mềm nhúng • Mô tả quy trình phát triển phần mềm nhúng • Thảo luận học trước (bài cũ) • Thảo luận phần mềm hệ thống máy tính PC → trình bày khái niệm phần mềm nhúng • Thảo luận đặc điểm phần mềm PC → trình bày đặc điểm phần mềm nhúng • Trình bày bước quy trình phát triển phần mềm nhúng (quá trình biên dịch phát triển phần mềm nhúng) • Đọc trước chủ đề liên quan tài liệu • Tham gia thảo luận học trước, thảo luận phần mềm hệ thống máy tính • Tham gia thảo luận đặc điểm phần mềm PC • Ghi vấn đề 8h • Phòng Lý thuyết • Tài liệu tham khảo [1] 7/11 Tổng quan hệ thống nhúng • Trình bày đặc điểm chung Hệ điều hành nói chung • Trình bày khái niệm thời gian thực dạng của thời gian thực • Trình bày khái niệm, vai trò đặc điểm Hệ điều hành thời gian thực • Thảo luận đặc điểm vai trò, cấu trúc hệ điều hành (môn học: Hệ điều hành) • Lấy ví dụ hệ thống nhúng yêu cầu thời gian thực thực tế phân tích ví dụ • Từ ví dụ đưa trình bày khái niệm thời gian thực đưa đặc điểm • Nêu nên dạng thức thời gian thực • Trình bày khái niệm hệ điều hành thời gian thực đặc điểm • Tổng kết học • Giao nội dung học sau • Thảo luận vấn đề mà giáo viên đưa • Trao đổi kết thảo luận với sinh viên khác • Ghi nhận vấn đề thời gian thực hệ điều hành thời gian thực • Đọc tài liệu giao 8h - Phòng LT - Tài liệu tham khảo [1],[2] • Nắm vững cách biểu diễn số, liệu thao tác • thành thạo hệ thống số kĩ thuật lập trình nhúng • Trình bày ngôn ngữ lập trình dùng trình phát triển phần mềm nhúng • Chỉ kiến trúc phần mềm Hệ thống nhúng • Trình bày đặc điểm kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng • Giải thích đặc điểm chung tập lệnh phần mềm nhúng mô tả tập lệnh số VXL/VĐK nhúng • • Thảo luận học trước (bài cũ) • • Trình bày cách biểu diễn số liệu • Yêu cầu sinh viên thực số phép tính hệ số khác • Trình bày ngôn ngữ lập trình dùng cho phát triển phần mềm cho PC → trình bày ngôn ngữ lập trình dùng phát triển phần mềm nhúng • Lấy ví dụ điển hình cho loại kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng 8/11 Tổng quan hệ thống nhúng • Từ ví dụ trình bày đặc điểm loại kiến trúc phần mềm hệ thống nhúng • Nêu cấu trúc tập lệnh kiểu truyền địa toán tử lệnh • Tổng kết học • • Giao nội dung học sau • • Tham gia thảo luận học trước • • Tham gia thảo luận hệ thống số biểu diễn liệu lập trình nhúng làm ví dụ mà giáo viên đưa • Ghi nhận lại kiến trúc phần mềm nhúng thông dụng • Ghi vấn đề 8h - Phòng LT - Tài liệu tham khảo [1], [2] • Mô tả cấu trúc, chức năng, đặc điểm tác vụ hệ điều hành thời gian thực • Trình bày hai chế đồng truyền thông sử dụng hệ điều hành thời gian thực (Semaphore Monitor) • Tiếp cận vấn đề “hệ thống điều khiển kiện” → đa nhiệm, từ nêu khái niệm tác vụ (task) • Trình bày khái niệm “hệ thống điều khiển kiện” → trình bày đa nhiệm từ nêu khái niệm tác vụ • Đưa hình vẽ mô tả cấu trúc tác vụ nêu cấu trúc tác vụ • Giới thiệu vấn đề truyền thông đồng Đưa vài chế đồng truyền thông sử dụng hệ điều hành thời gian thực • Trình bày đặc điêm hai chế cụ thể • Trao đổi kết thảo luận với bạn sinh viên khác • Làm việc độc lập phân tích hình vẽ mô tả cấu trúc tác vụ • Ghi nhận vấn đề quan trọng tác vụ truyền thông tác vụ hệ điều hành thời gian thực 8h - Phòng LT 9/11 Tổng quan hệ thống nhúng - Tài liệu tham khảo [1],[2] • Trình bày vai trò • lập lịch hệ điều hành thời gian thực • Chỉ kiểu lập lịch khác (lập lịch có chu kì, lập lịch không chu kì ) • Trình bày kĩ thuật lập lịch khác • Trình bày kĩ thuật xử lý ngắt (Polling Interrupt) • • Đưa mô hình trạng thái • tác vụ • Giải thích thành phần mô hình trạng thái tác vụ • Thảo luận vấn đề lập lịch hệ điều hành thông thường • Giới thiệu kiểu lập lịch khác hệ điều hành thời gian thực (đặc điểm ) • Tiếp cận trình bày khái niệm “hệ thống điều khiển kiện” • Trình bày phương pháp tiếp cận là: Polling Interrupt • Trình bày đặc điểm Polling • Mô tả đặc điểm ngắt (Interrupt), loại ngắt • dùng hệ vi xử lý • Tổng kết học • • Tham gia thảo luận vấn đề • mà giáo viên đưa • Trao đổi kết thảo luận với bạn sinh viên khác • Làm việc độc lập phân tích hình vẽ mô tả mô hình trạng thái tác vụ • Ghi nhận lại vấn đề quan trọng 8h - Phòng LT - Projector - Tài liệu tham khảo [1], [2] • Chỉ chu trình phát triển hệ thống nhúng (các bước để phats triển hệ thống nhúng) • Trình bày mô hình hóa kiện tác vụ • Thảo luận chu trình phát triển hệ thống phần mềm thông thường 10/11 Tổng quan hệ thống nhúng • • • • • • Nêu chu trình phát triển hệ thống nhúng Nêu nên mô hình hóa kiện Petrinet Giới thiệu việc quy ước biểu diễn mô hình hóa Petrinet Mô tả tình hoạt động với Petrinet Tham gia thảo luận tích cực vấn đề giao Ghi chéo vấn đề liên quan đến mô hình hóa kiện tác vụ hệ thống nhúng 8h - Phòng LT - Tài liệu tham khảo [1] 10 • Trình bày vấn đề thiết kế phần mềm điều khiển hệ thống nhúng • Chỉ số phương pháp phát triển phần mềm nhúng máy • tính • • Giới thiệu lý thuyết liên quan đến thiết kế phần mềm điều khiển • Trình bày số phương pháp phát triển phần mềm nhúng máy tính • Tham gia thảo luận chủ đề • Trao đổi kết với sinh viên khác 8h - Phòng LT - Tài liệu tham khảo [1],[2] 11/11 [...].. .Tổng quan về hệ thống nhúng • • • • • • Nêu ra chu trình phát triển của một hệ thống nhúng Nêu nên mô hình hóa sự kiện Petrinet Giới thiệu việc quy ước biểu diễn mô hình hóa Petrinet Mô tả các tình huống hoạt động cơ bản với Petrinet Tham gia thảo luận tích cực về vấn đề được giao Ghi chéo các vấn đề liên quan đến mô hình hóa sự kiện và tác vụ trong hệ thống nhúng 8h - Phòng LT... Tài liệu tham khảo [1] 10 • Trình bày được các vấn đề về thiết kế phần mềm điều khiển của một hệ thống nhúng • Chỉ ra được các một số phương pháp phát triển phần mềm nhúng bằng máy • tính • • Giới thiệu lý thuyết liên quan đến thiết kế phần mềm điều khiển • Trình bày một số phương pháp phát triển phần mềm nhúng bằng máy tính • Tham gia thảo luận về mỗi chủ đề • Trao đổi kết quả với các sinh viên khác .. .Tổng quan hệ thống nhúng Hệ thống nhúng gì? Lịch sử phát triển hệ thống nhúng Xu hướng phát triển hệ thống nhúng Những thách thức vấn đề tồn với hệ thống nhúng Các đặc điểm hệ thống nhúng. .. thống nhúng Đặc điểm chung Hệ điều hành 2/11 Tổng quan hệ thống nhúng Hệ điều hành cho hệ thống nhúng - hệ điều hành thời gian thực Thời gian thực (Real - Time) gì? Các dạng thời gian thực Hệ điều... Trình bày tổng quan Chip Vi xử lý nhúng • Trình bày số phần cứng nhúng thông dụng về: đặc điểm, • chức năng, ưu điểm • 6/11 Tổng quan hệ thống nhúng • Trình bày tổng quan Chip Vi xử lý nhúng Vai