Курс "Встраиваемые микропроцессорные системы"

Кафедра Промышленная электроника НИУ МЭИ.

Оглавление

• Курс "Встраиваемые микропроцессорные системы"
  • Оглавление
  • Преподаватели
  • Обзор курса
  • Цели
  • Предварительные требования
  • Структура курса
    • Лекции
    • Лабораторные работы
    • Экзамен
  • Материалы курса
    • Клонирование репозитория
  • Перечень директорий репозитория
  • Литература
  • Полезные ссылки
  • Отладочная плата
  • Среда разработки
  • Ошибки и опечатки

Преподаватели

Александр Николаевич Смирнов

Электронная почта: smirnovalnik@mpei.ru

Лабораторные работы проводятся в аудитории Е-101а.

Обзор курса

Курс предназначен для студентов магистратуры первого года обучения кафедры Промышленной электроники. Курс знакомит с применением языка C для встраиваемых систем на микроконтроллере К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I) и с современными методами разработки встраиваемых систем.

Цели

Целями данного курса являются:

• изучение языка программирования C и его применения для встраиваемых микропроцессорных систем
• знакомство с микроконтроллером К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I)
• изучение современных методов разработки и отладки встраиваемых микропроцессорных систем

Предварительные требования

Студент должен обладать навыками программирования на одном языке высокого уровня, знать основы микропроцессорной техники и цифровой схемотехники.

Структура курса

• Лекции
  • Лекция №1: Введение. Язык программирования C (слайды)
  • Лекция №2: Язык программирования C. Стандартная библиотека языка C (слайды)
  • Лекция №3: Применение языка C для встраиваемых систем (слайды)
  • Лекция №4: Микроконтроллер (слайды)
  • Лекция №5: Этапы разработки встраиваемых систем (слайды)
  • Лекция №6: Разработка и отладка программ для встраиваемых систем (слайды)
  • Лекция №7: Архитектура программ для встраиваемых систем (слайды)
  • Лекция №8: Периферийные модули: DMA, USB, Ethernet (слайды)
• Лабораторные работы
  • Лабораторная работа №1: Стандартный ввод-вывод на языке С для ПК (пример)
  • Лабораторная работа №2: Стандартный ввод-вывод на языке С для МК через UART (пример)
  • Лабораторная работа №3: Модуль ЦАП, ПДП и таймер (пример)
  • Лабораторная работа №4: Модуль АЦП, ПДП и устройство индикации (пример)
• Экзамен

Лекции

Презентации для лекций доступны в формате pdf в директории lectures.

Лекции №1, №2, №3 можно использовать как короткий справочник по языку C.

Лабораторные работы

Выполнение лабораторных работ предполагает предварительную самостоятельную подготовку: создание проекта и написание исходных текстов программы.

Лабораторная работа №1 выполняется на персональном компьютере. Инструкция по запуску компилятора находится в файле README.md в директории labs/lab1_ex.

Лабораторные работы №2, №3 и №4 выполняются на отладочной плате 1986EvBrd_BE92Q с микроконтроллером К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I).

В лабораторных работах №2, №3 и №4 активно применяется ввод-вывод через последовательный асинхронный интерфейс UART.

По каждой лабораторной работе проводится защита. Список вопросов для защиты приведен здесь labs/lab_questions.

Экзамен

Курс заканчивается устным экзаменом. Билет состоит из двух теоретических вопросов и одной задачи на программирование на языке C.

Материалы курса

Материалы курса размещены на GitHub, который является большим хранилищем программ (исходных текстов) под управлением системы контроля версий git.

Репозиторий непрерывно обновляется и поэтому рекомендуется "подтягивать" изменения.

Если вы не знакомы с git, то можете периодически скачивать архив проекта.

Рекомендуется ознакомиться с проектами для встраиваемых систем, находящимися на GitHub. Примером является Стандартная библиотека периферии для МК семейства 1986x, которая активно используется в данном курсе, а также примеры и документация для нее.

Клонирование репозитория

git clone https://github.com/smirnovalnik/embedded-systems-course.git

Перечень директорий репозитория

• docs - документация на микроконтроллер и на отладочную плату
  • evaluation_board - документация по отладочному плате 1986EvBrd_BE92Q
  • indicators - документация по индикаторам для лабораторной работы №4
  • mcu - документация (datasheets) по микроконтроллеру К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I)
• labs - примеры лабораторных работ
  • lab1_ex - примеры лабораторной работы №1, выполняемой на персональном компьютере. В примерах показано применение языка C и средств стандартного ввода вывода, а также средств компиляции программы на персональном компьютере
  • lab2_ex - пример лабораторной работы №2, выполняемой на микроконтроллере. В примере показано использование языка C и средств стандартного ввода-вывода уже на микроконтроллере через интерфейс UART в интегрированной среде разработки Keil uVision.
  • lab3_ex - пример лабораторной работы №3, в которой изучается модуль цифро-аналогового преобразователя (ЦАП или DAC) и контроллер прямого доступа (ПДП или DMA) к памяти. В примере производится генерация сигнала произвольной формы на выходе микроконтроллера
  • lab4_ex - в лабораторной работе №4 продолжается изучение периферии микроконтроллера (АЦП, SPI, таймер). Показан пример измерения аналогового сигнала на входе микроконтроллера и вывод результата на жидко-кристаллический индикатор
• lectures - слайды и тексты программ, использованные на лекциях
• programs - программы для установки

Литература

• Лакамера Даниэле Архитектура встраиваемых систем
• Elicia White "Making Embedded Systems: Design Patterns for Great Software"
• Joseph Yiu "The Definitive Guide to ARM® Cortex®-M3 and Cortex®-M4 Processors"
• Для обучения программированию на языке C обязательна к прочтению и решению всех упражнений книга Керниган Б., Ритчи Д. "Язык программирования C" 2-е издание.

Полезные ссылки

• Материалы курса «Микропроцессорные устройства»
• Ответы на все вопросы по языку C

Отладочная плата

№	Описание
1	Контактирующее устройство (ZIF панель) для микроконтроллера К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I)
2	Разъем Х27 портов A,E,F микроконтроллера
3	Разъем карты памяти microSD
4	Переключатели выбора режима загрузки
5	Разъем USB-B
6	Подстроечный резистор на 7-м канале АЦП
7	Разъем BNC внешнего сигнала на 7-м канале АЦП
8	Разъем BNC внешнего сигнала на 1-м входе компаратора
9	Разъем BNC выхода ЦАП1
10	Разъем Audio 3.5мм выхода ЦАП1 через звуковой усилитель
11	Батарея 3.0В
12	ЖК индикатор 128х64
13	Кнопка WAKEUP
14	Кнопки UP, DOWN, LEFT, RIGHT, SELECT
15	Кнопка RESET
16	Разъем питания 5В
17	Фильтр питания
18	Разъем RS-232
19	Разъем CAN
20	Приемо-передатчик RS-232 5559ИН4
21	Приемо-передатчик CAN 5559ИН14
22	Разъем отладки JTAG-B
23	Набор светодиодов на порте C
24	Разъем отладки JTAG-А
25	Разъем Х26 портов B,C,D микроконтроллера

Принципиальная схема для отладочной платы находится в директории evaluation_board.

Среда разработки

Разработка программ для микроконтроллера проводится в интегрированной среде разработки (IDE) Keil MDK Lite Edition. Для загрузки потребуется регистрация на сайте. Процесс установки ничем не отличается от установки любой другой программы для Windows.

Эта версия обладает практически полной функциональностью профессиональной версии, но с ограничением на размер скомпилированной программы в 32 кБ. Для лабораторных работ данного курса этого более чем достаточно.

💡 Примечание: Избегайте русскоязычных названий директорий как в пути установки программы, так и в путях к вашим проектах. Некоторые компоненты среды разработки могут не работать.

В Keil MDK Lite Edition есть симулятор, поэтому работу некоторых частей программы можно проверить без отладочной платы. Однако данный симулятор поддерживает только центральный процессор, но не периферийные модули микроконтроллера.

Keil MDK Lite Edition изначально ничего не знает о микроконтроллерах К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I). Поэтому потребуется установить пакет mdr_spl_v1.5.3.pack. После установки данного пакета при создании проекта можно будет выбрать микроконтроллер К1986ВЕ92QI (MDR32F9Q2I). В среде появится возможность добавлять модули из Стандартной библиотеки периферии для МК семейства 1986x (SPL), а также модули от компании ARM. Сведения об применении Стандартной библиотеки периферии (SPL) можно получить из примеров.

Ошибки и опечатки

Если вы нашли ошибки или опечатки просьба сообщать о них через issues в GitHub или писать на почту smirnovalnik@mpei.ru.

Если вы хотите улучшить содержание репозитория, то можете создать pull request на добавление ваших изменений.