Załącznik Nr 1 do umowy o dzieło Nr

Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej, Zadanie 36
Przygotowanie i modernizacja programów studiów oraz materiałów dydaktycznych
na Wydziale Elektrycznym
Autorzy: Zbigniew Staroszczyk, Andrzej Kalicki
Tytuł podręcznika: KOMPUTEROWE SYSTEMY WBUDOWANE
I. Krótka charakterystyka podręcznika
Podręcznik przeznaczony jest dla studentów 9 sem. specjalizacji Automatyka i Inżynieria
Komputerowa zainteresowanych pogłębieniem wiedzy po cyklu zajęć z Techniki
Mikroprocesorowej prowadzonych na sem. 4 - 7 kursu Elektrotechniki. Skojarzony z nim jest
skrypt laboratoryjny: Laboratorium Komputerów Wbudowanych. Podręcznik może być
przydatny dla studentów starszych lat studiów dziennych wszystkich kierunków technicznych
oraz informatycznych. Omówione są zagadnienia realizacji komputerowych aplikacji
wbudowanych, gdzie celem projektanta jest wybranie technologii i wparcia programowego dla
stworzenia autonomicznie działającego skomputeryzowanego urządzenia, oraz zrealizowanie
jego oprogramowania zapewniającego pożądaną funkcjonalność. Celem podręcznika jest
zapoznanie studenta z różnymi technologicznymi i programowymi narzędziami umożliwiającymi
efektywne wbudowanie i oprogramowanie mikrokomputera/komputera pod potrzeby obsługi
zamkniętych, dedykowanych aplikacji.
Po wprowadzeniu w specyfikę przedmiotu (rozdz. 1) w rozdz. 2 podręcznika przedstawione
są technologie realizacji komputerów do zastosowań wbudowanych o różnym zapotrzebowaniu
na moc obliczeniową CPU i różnych wymaganiach na kontakt z otoczeniem (interfejsy). W
rozdz. 3 przedstawiono rozwiązania wsparcia programowego dla tworzonych aplikacji
wbudowanych. Szczególną uwagę poświęcono systemom operacyjnym (s.o), które są
niezbędne do zapewnienia zunifikowanej i wydajnej obsługi zaawansowanego technologicznie
sprzętu. Omówiono problemy wbudowywania s.o. i oprogramowania użytkowego, oraz obsługę
programową interfejsów (pomiarowych, komunikacyjnych i GUI) platformy wbudowanej.
Przedstawiono możliwości wykorzystania maszyny wirtualnej i sieci WWW do wsparcia pracy
komputera wbudowanego.
W rozdz. 4 przedstawiono przykładowe realizacje sprzętowo-programowych środowisk do
tworzenia aplikacji wbudowanych. W rozdz. 6 omówiono możliwości wykorzystania Visual
Studio do tworzenia oprogramowania komputera obiektowego z wbudowanym systemem
Windows. Końcowe rozdziały podręcznika omawiają problemy wbudowywania systemu
operacyjnego w komputer obiektowy (Linux/QNX/Windows).
Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej, Zadanie 36
Przygotowanie i modernizacja programów studiów oraz materiałów dydaktycznych
na Wydziale Elektrycznym
II. Spis treści
1. Wprowadzenie
1.1.
Podstawowe pojęcia i klasyfikacja systemów wbudowanych
1.2.
Technologie realizacji (RISC, CISC, DSP)
1.3.
Interfejsy systemów wbudowanych
1.4.
Wsparcie aplikacji wbudowanej przez system operacyjny
2. Technologie realizacji systemów wbudowanych
2.1.
Systemy małoskalowe (mikrokomputery bez wsparcia systemu operacyjnego)
2.1.1.
Mikroprocesory rodzin 51, 80C51XA (NXP), 86
2.2.
Systemy średnioskalowe ( mikrokomputery ze wspaciem prostym s.o.)
2.2.1.
PIC (uChip), x86(Intel), AVR (Atmel), XC166 i XE166 (Infineon)
2.3.
Systemy wielkoskalowe (mikrokomputery/komputery ze wsparciem silnym s.o.)
2.3.1.
SH, x86, ARM, Power PC
2.4.
Systemy dedykowane (SoC –software on chip, DSP (TI, Analog Devices, Motorola), mikroprocesory o małym poborze mocy – TI MPS430)
2.5.
Przegląd przykładowych rozwiązań: rodzina SH, x86, ARM, Power PC
2.6.
Klasyfikacja (porównanie) przydatności rozwiązań mikrokomputerów do realizacji systemów wbudowanych
3. Oprogramowanie platform wbudowanych
3.1.
Techniki przygotowania i testowania oprogramowania
3.1.1.
Narzędzia i środowiska tworzenia oprogramowania skrośnego
3.1.2.
Systemy małoskalowe, aplikacje bez wsparcia systemowego
3.1.3.
Systemy średnioskalowe, wykorzystanie funkcji systemowych i bibliotek
3.1.4.
Systemy wielkoskalowe
3.1.4.1.
Przegląd systemów operacyjnych wspierających działanie zadań użytkownika
(DOS, Linux, QNX, Windows CE/ Windows Mobile, Embedded Windows XP, rola Frameworks w systemie Windows)
3.1.5.
Zintegrowane środowiska tworzenia aplikacji wbudowanych - przegląd
3.1.6.
Metody integracji środowiska uruchomieniowego i uruchamianego
3.1.6.1.
Problemy wbudowywania aplikacji i s.o. w komputer obiektowy
3.1.6.2.
Narzędzia wspomagania uruchamiania oprogramowania (zdalne ładowanie i
debugowanie oprogramowania, emulator wewnątrzukładowy korzystający z JTAG)
3.2.
Specyfika tworzenia wbudowanych aplikacji bezobsługowych i obsługiwanych przez
człowieka
3.2.1.
Obsługa i oprogramowanie interfejsów
3.2.1.1.
Interfejsy analogowe i cyfrowe
3.2.1.2.
Interfejsy komunikacyjne: szeregowe, TCP/IP, wirtualizacja interfejsów sprzętowych
3.2.1.3.
Wykorzystanie przerwań sprzętowych i wsparcia ich obsługi przez s.o.
3.2.1.4.
Systemowe sterowniki urządzeń
3.2.2.
Obsługa i oprogramowanie interfejsu użytkownika (pola odczytowe, panele graficzne
i GUI)
3.2.3.
Implementacja JVM w platformach wbudowanych
3.2.4.
Wsparcie sieciowe dla aplikacji wbudowanych (strony WWW, usługi WEB, zewnętrzne i wbudowane bazy danych)
4. Przegląd aktualnej oferty rynkowej systemów uruchomieniowych do tworzenia aplikacji wbudowanych (ICP, Arcom, Advantech)
Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej, Zadanie 36
Przygotowanie i modernizacja programów studiów oraz materiałów dydaktycznych
na Wydziale Elektrycznym
5. Wykorzystanie Visual Studio w programowaniu aplikacji wbudowanych Windows CE/Windows Mobile i Windows XP
5.1.
Obsługa interfejsów komunikacyjnych
5.2.
Obsługa GUI i grafiki
5.3.
Wykorzystanie wsparcia sieciowego aplikacji wbudowanej
5.4.
Przykład realizacji kompleksowego zadania
6. Wykorzystanie Platform Builder’a w oprogramowaniu komputera wbudowanego
7. Programowanie komputera wbudowanego z systemem Linux/QNX – przykładowa realizacja
Dodatki:



Przegląd rodzin mikroprocesorów
Przegląd interfejsów
Przegląd zasobów Internetu
III. Literatura uzupełniająca
1.
2.
3.
Raj Kamal, “Embedded systems: architecture, programming, and design”, McGraw-Hill, 2008
Andy Wigley A., in. “Microsoft Mobile Development Handbook”, Microsoft Press, 2007
Donald Thompson, Rob S. Miles, “ Embedded programming with the Microsoft .NET Micro
Framework”, Microsoft Press, 2007
4.
Lucjan Bryndza "LPC2000 Mikrokontrolery z rdzeniem ARM7", BTC, 2007
5.
Rafał Baranowski "Mikrokontrolery AVR ATtiny w praktyce", BTC, 2006
6.
John Paul Shen, Mikko H. Lipasti "Modern Processor Design. Fundamentals of Superscalar
Processors", Mc Graw-Hill, 2005
7.
Jacek Bogusz "Lokalne interfejsy w systemach cyfrowych", BTC, 2004
8.
Jarosław Doliński "Mikrokontrolery AVR w praktyce", BTC, 2003
9.
Andy Wigley i in. “Microsoft .NET Compact Framework”, Microsoft Press, 2003
10.
Andy Wigley, Peter Roxburgh “ASP. NET Applications for Mobile Devices”, Microsoft Press,
2003
11.
Walter Oney, “Programming the Microsoft Windows Driver Model”, Microsoft Press, 2003
12.
Tomasz Jabłoński "Mikrokontrolery PIC16F8x w praktyce", BTC, 2002
13.
Wieńczysław Daca "Mikrokontrolery od układów 8-bitowych do 32-bitowych", Mikom, 2000