Основи моделювання та проєктування програмно-апаратних радіоелектронних засобів
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка
Код дисципліни: 6.172.03.E.079
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Радіоелектронні пристрої та системи
Лектор: Проф. Шаповалов Юрій Іванович
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях. Здатність планувати та управляти часом. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності. Здатність працювати в команді. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями. Вміння виявляти, ставити та вирішувати проблеми. Здатність до системного мислення; Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію з різних джерел.
фахові компетентності: ФК-1. Здатність розуміти сутність і значення інформації в розвитку сучасного інформаційного суспільства. ФК-2. Здатність вирішувати стандартні завдання професійної діяльності на основі інформаційної та бібліографічної культури із застосуванням інформаційно-комунікаційних технологій і з урахуванням основних вимог інформаційної безпеки. ФК-З. Здатність використовувати базові методи, способи та засоби отримання, передавання, обробки та зберігання інформації. ФК-4. Здатність здійснювати комп'ютерне моделювання пристроїв, систем і процесів з використанням універсальних пакетів прикладних програм. ФК-6. Здатність проводити інструментальні вимірювання в інформаційно-телекомунікаційних мережах, телекомунікаційних та радіотехнічних системах.
Результати навчання: Здатність продемонструвати знання основ професійно-орієнтованих дисциплін спеціальності в області радіоелектронних кіл та схемотехніки, теорії електромагнітного поля, теорії радіоелектронних систем, теорії телекомунікаційних мереж, теорії автоматичного керування, методів аналізу радіоелектронних і телекомунікаційних систем і мереж, процесів конструювання і виробництв, програмування програмно-апаратних систем, адміністрування інформаційних мереж, захисту інформації, інформаційних технологій.
Здатність продемонструвати поглиблені знання принаймні в одній з областей радіоелектронних і телекомунікаційних систем і мереж: радіоелектронні системи, телекомунікаційні системи і мережі, інформаційні мереж і зв’язку, технології конструювання та виробництва засобів телекомунікацій, проектування програмно-апаратних систем, розробка програмного забезпечення вбудованих систем, адміністрування інфокомунікаційних мереж.
Застосування розуміння основних властивостей компонентної бази для забезпечення якості та надійності функціонування телекомунікаційних, радіотехнічних систем і пристроїв.
Грамотно застосовувати термінологію галузі телекомунікацій та радіотехніки
Здатність адаптуватися до нових ситуацій та приймати рішення
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Цифрова схемотехніка. Цифрові методи реалізації радіотехнічних систем . Програмно-апаратні засоби у телекомунікаціях і радіотехніці. Основи цифрового телебачення.
Короткий зміст навчальної програми: У дисципліні детально розглядаються загальні питання проектування програмно-апаратних пристроїв на мікропроцесорах, зокрема на мікроконтролерах з процесорним ядром MCS-51 і Cortex-M3. Детально розглядається мова опису цифрових пристроїв System Verilog.
Опис: 1. Терміни. Характеристики МПС. 70-ті – 90-ті роки
минулого століття. Кінець 90-их років минулого століття.
Початок 21 століття. Процесор ARM Cortex-M3. Що це таке?
Історична довідка.
2. Процесор ARM Cortex-M3. Розвиток набору команд. Області
застосування процесора Cortex-M3. Розробка мікропроцесорної
системи на основі мікроконтролера. Основні етапи розробки. Вибір типу мікроконтролера. Типові структури мікропроцесорних систем.
3. Магістральні мікропроцесорні системи (ММПС). Передача адреси по магістралі у ММПС. Поняття адресного простору у ММПС. Методи дешифрації адреси. Схеми адресних дешифраторів.
4. Типові структури мікропроцесорних систем Використання
стандартних дешифраторів. Використання ПЗП для адресної
дешифрації. Розширення адресного простору методом вікна
5. Типові структури. . Інтерфейс «спільна шина». Захоплення магістралі. Часова діаграма запису, читання, переривання. Початковий пуск процесора та захист обчислень.
6. Система переривань 32-розрядних мікропроцесорів i80x86.
Поняття переривання. Класифікація переривань. Апаратні і програмні засоби системи переривань. Обробка переривання у реальному часі. Обробка переривань у мікроконтролері ARM-Cortex-M3.
7. Контролери. Типи контролерів. Приклад пасивного синхронного
контролера. Приклад пасивного асинхронного контролера. Приклад контролера з перериванням. Схема захоплення магістралі.
8. Мови опису апаратури. Модулі. Походження мов System Verilog і VHDL. Симуляція і синтез. Бітові оператори. Коментарі і скорочення. Умовне присвоювання.
9. Внутрішні змінні. Пріоритет виконання операцій. Числа. Z- стан, Xстан. Часові затримки. Структурне моделювання.
10. Послідовністна логіка. Регістри. Регістри з скидом і сигналом
дозволу. Повний суматор. Оператори Case. Оператори if. Кінцеві
автомати.
11. Середовище тестування. Цифрові функціональні вузли.
Арифметичні схеми. Компаратори. АЛП. Лічильники. Зсуваючі
регістри.
12. Матриці пам’яті. Порти пам’яті. Регістрові файли. ПЗП. Мови опису апаратури і пам’ять. Матриці логічних елементів. ПЛМ. ПКМЛЕ. 1
13. Мікроархітектура. Архітектурний стан і система команд. Процес розробки однотактного процесора. Кодування команд. Тракт даних.
14. Однотактний пристрій керування. Додаткові команди. Аналіз
продуктивності.
15. Однотактний процесор на HDL. Основні модулі. Універсальні
блоки. Середовище тестування. Резюме.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль на лабораторних заняттях проводиться з метою виявлення готовності студента до занять у таких формах:
- вибіркове усне опитування перед початком занять;
- оцінка активності студента у процесі занять, внесених пропозицій,
оригінальних рішень, уточнень і визначень, доповнень попередніх відповідей і т. ін.
Контрольні запитання поділяються на:
- а) тестові завдання – вибрати вірні відповіді;
- б) проблемні – створення ситуацій проблемного характеру;
- в) питання-репліки – виявити причинно-наслідкові зв’язки;
- г) ситуаційні завдання – визначити відповідь згідно певної ситуації;
- д) питання репродуктивного характеру – визначення практичного значення.
Підсумковий контроль проводиться за результатами поточного контролю та здачі екзамену.
Критерії оцінювання результатів навчання: Лабораторні заняття – 30 балів,
Екзаменаційний контроль (письмова компонента) - 50 балів,
Екзаменаційний контроль (усна компонента - 20 балів,
Разом - 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Фрунзе А. В. Микроконтроллеры? Это же просто! — М.: ООО «ИД СКИМЕН»,
2003. — Т. 3. — ISBN 5- 94929-003-7
2. Джозеф Ю. Ядро Cortex-M3 компании ARM. Полное руководство, перевод с англ.
А.В. Евстифеева, Москва, 2012.
3. Белов А.В. Самоучитель по микропроцессорной технике/ Александр Владимирович
Белов.Санкт-Петербург: Издательство «Наука и Техника», 2003
Допоміжна
1. Русанов В.В., Шевелев М.Ю. Микропроцессорные устройства и системы. Учебное
пособие. Томск: ТУСУР, 2007 г.
2. Васильев А.Е. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений / А.Е.
Васильев - СПб.: БХВ- Петербург, 2008. – 304 с.: ил.
3. Joseph Yiu. The Definitive Guide to ARM® Cortex®-M0 and Cortex-M0+ Processors, 2nd
Edition. Release Date: 26 Jun 2015 , Imprint:Newnes, Print Book ISBN :9780128032770 Pages: 784
4. Белов А.В. Создаем устройства на микроконтроллерах/ Александр Владимирович
Белов.Санкт-Петербург: Издательство «Наука и Техника», 2007. - Серия «Радиолюбитель».
5. Огородников И.Н. Микропроцессорная техника: введение в Kortex-M3/ учбовий
посібник, видавництво Урал. Ун-ту, 2015, -116 с.
6. Бродин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой
логики. - М., Издательство ЭКОН, 2002, - 400 с.
9. Інформаційні ресурси
1. http://www.keil.com/dd/docs/datashts/arm/cortex_m0/r0p0/ddi0432c_cortex_m0_r0p0_trm.pdf
2. https://www.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m0.php
3. https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/arm-cortex-m0-32-bit-microcontroller.aspx
4. http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5=A31DC1FF534659598E1720B6CAF7DD0B
5. http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5=0E677A3E8D513AF095C58D0F3AB2CF2D
6. https://armkeil.blob.core.windows.net/product/mdk5-getting-started.pdf
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Основи моделювання та проєктування програмно-апаратних радіоелектронних засобів
Спеціальність: Телекомунікації та радіотехніка
Код дисципліни: 6.172.04.E.094
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Радіоелектронні пристрої та системи
Лектор: Проф. Шаповалов Юрій Іванович
Семестр: 6 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях. Здатність планувати та управляти часом. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності. Здатність працювати в команді. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями. Вміння виявляти, ставити та вирішувати проблеми. Здатність до системного мислення; Здатність здійснювати пошук та аналізувати інформацію з різних джерел.
фахові компетентності: ФК-1. Здатність розуміти сутність і значення інформації в розвитку сучасного інформаційного суспільства. ФК-2. Здатність вирішувати стандартні завдання професійної діяльності на основі інформаційної та бібліографічної культури із застосуванням інформаційно-комунікаційних технологій і з урахуванням основних вимог інформаційної безпеки. ФК-З. Здатність використовувати базові методи, способи та засоби отримання, передавання, обробки та зберігання інформації. ФК-4. Здатність здійснювати комп'ютерне моделювання пристроїв, систем і процесів з використанням універсальних пакетів прикладних програм. ФК-6. Здатність проводити інструментальні вимірювання в інформаційно-телекомунікаційних мережах, телекомунікаційних та радіотехнічних системах.
Результати навчання: Здатність продемонструвати знання основ професійно-орієнтованих дисциплін спеціальності в області радіоелектронних кіл та схемотехніки, теорії електромагнітного поля, теорії радіоелектронних систем, теорії телекомунікаційних мереж, теорії автоматичного керування, методів аналізу радіоелектронних і телекомунікаційних систем і мереж, процесів конструювання і виробництв, програмування програмно-апаратних систем, адміністрування інформаційних мереж, захисту інформації, інформаційних технологій.
Здатність продемонструвати поглиблені знання принаймні в одній з областей радіоелектронних і телекомунікаційних систем і мереж: радіоелектронні системи, телекомунікаційні системи і мережі, інформаційні мереж і зв’язку, технології конструювання та виробництва засобів телекомунікацій, проектування програмно-апаратних систем, розробка програмного забезпечення вбудованих систем, адміністрування інфокомунікаційних мереж.
Застосування розуміння основних властивостей компонентної бази для забезпечення якості та надійності функціонування телекомунікаційних, радіотехнічних систем і пристроїв.
Грамотно застосовувати термінологію галузі телекомунікацій та радіотехніки
Здатність адаптуватися до нових ситуацій та приймати рішення
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Цифрова схемотехніка. Цифрові методи реалізації радіотехнічних систем . Програмно-апаратні засоби у телекомунікаціях і радіотехніці. Основи цифрового телебачення.
Короткий зміст навчальної програми: У дисципліні детально розглядаються загальні питання проектування програмно-апаратних пристроїв на мікропроцесорах, зокрема на мікроконтролерах з процесорним ядром MCS-51 і Cortex-M3. Детально розглядається мова опису цифрових пристроїв System Verilog.
Опис: 1. Терміни. Характеристики МПС. 70-ті – 90-ті роки
минулого століття. Кінець 90-их років минулого століття.
Початок 21 століття. Процесор ARM Cortex-M3. Що це таке?
Історична довідка.
2. Процесор ARM Cortex-M3. Розвиток набору команд. Області
застосування процесора Cortex-M3. Розробка мікропроцесорної
системи на основі мікроконтролера. Основні етапи розробки. Вибір типу мікроконтролера. Типові структури мікропроцесорних систем.
3. Магістральні мікропроцесорні системи (ММПС). Передача адреси по магістралі у ММПС. Поняття адресного простору у ММПС. Методи дешифрації адреси. Схеми адресних дешифраторів.
4. Типові структури мікропроцесорних систем Використання
стандартних дешифраторів. Використання ПЗП для адресної
дешифрації. Розширення адресного простору методом вікна
5. Типові структури. . Інтерфейс «спільна шина». Захоплення магістралі. Часова діаграма запису, читання, переривання. Початковий пуск процесора та захист обчислень.
6. Система переривань 32-розрядних мікропроцесорів i80x86.
Поняття переривання. Класифікація переривань. Апаратні і програмні засоби системи переривань. Обробка переривання у реальному часі. Обробка переривань у мікроконтролері ARM-Cortex-M3.
7. Контролери. Типи контролерів. Приклад пасивного синхронного
контролера. Приклад пасивного асинхронного контролера. Приклад контролера з перериванням. Схема захоплення магістралі.
8. Мови опису апаратури. Модулі. Походження мов System Verilog і VHDL. Симуляція і синтез. Бітові оператори. Коментарі і скорочення. Умовне присвоювання.
9. Внутрішні змінні. Пріоритет виконання операцій. Числа. Z- стан, Xстан. Часові затримки. Структурне моделювання.
10. Послідовністна логіка. Регістри. Регістри з скидом і сигналом
дозволу. Повний суматор. Оператори Case. Оператори if. Кінцеві
автомати.
11. Середовище тестування. Цифрові функціональні вузли.
Арифметичні схеми. Компаратори. АЛП. Лічильники. Зсуваючі
регістри.
12. Матриці пам’яті. Порти пам’яті. Регістрові файли. ПЗП. Мови опису апаратури і пам’ять. Матриці логічних елементів. ПЛМ. ПКМЛЕ. 1
13. Мікроархітектура. Архітектурний стан і система команд. Процес розробки однотактного процесора. Кодування команд. Тракт даних.
14. Однотактний пристрій керування. Додаткові команди. Аналіз
продуктивності.
15. Однотактний процесор на HDL. Основні модулі. Універсальні
блоки. Середовище тестування. Резюме.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль на лабораторних заняттях проводиться з метою виявлення готовності студента до занять у таких формах:
- вибіркове усне опитування перед початком занять;
- оцінка активності студента у процесі занять, внесених пропозицій,
оригінальних рішень, уточнень і визначень, доповнень попередніх відповідей і т. ін.
Контрольні запитання поділяються на:
- а) тестові завдання – вибрати вірні відповіді;
- б) проблемні – створення ситуацій проблемного характеру;
- в) питання-репліки – виявити причинно-наслідкові зв’язки;
- г) ситуаційні завдання – визначити відповідь згідно певної ситуації;
- д) питання репродуктивного характеру – визначення практичного значення.
Підсумковий контроль проводиться за результатами поточного контролю та здачі екзамену.
Критерії оцінювання результатів навчання: Лабораторні заняття – 30 балів,
Екзаменаційний контроль (письмова компонента) - 50 балів,
Екзаменаційний контроль (усна компонента - 20 балів,
Разом - 100 балів.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Фрунзе А. В. Микроконтроллеры? Это же просто! — М.: ООО «ИД СКИМЕН»,
2003. — Т. 3. — ISBN 5- 94929-003-7
2. Джозеф Ю. Ядро Cortex-M3 компании ARM. Полное руководство, перевод с англ.
А.В. Евстифеева, Москва, 2012.
3. Белов А.В. Самоучитель по микропроцессорной технике/ Александр Владимирович
Белов.Санкт-Петербург: Издательство «Наука и Техника», 2003
Допоміжна
1. Русанов В.В., Шевелев М.Ю. Микропроцессорные устройства и системы. Учебное
пособие. Томск: ТУСУР, 2007 г.
2. Васильев А.Е. Микроконтроллеры. Разработка встраиваемых приложений / А.Е.
Васильев - СПб.: БХВ- Петербург, 2008. – 304 с.: ил.
3. Joseph Yiu. The Definitive Guide to ARM® Cortex®-M0 and Cortex-M0+ Processors, 2nd
Edition. Release Date: 26 Jun 2015 , Imprint:Newnes, Print Book ISBN :9780128032770 Pages: 784
4. Белов А.В. Создаем устройства на микроконтроллерах/ Александр Владимирович
Белов.Санкт-Петербург: Издательство «Наука и Техника», 2007. - Серия «Радиолюбитель».
5. Огородников И.Н. Микропроцессорная техника: введение в Kortex-M3/ учбовий
посібник, видавництво Урал. Ун-ту, 2015, -116 с.
6. Бродин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой
логики. - М., Издательство ЭКОН, 2002, - 400 с.
9. Інформаційні ресурси
1. http://www.keil.com/dd/docs/datashts/arm/cortex_m0/r0p0/ddi0432c_cortex_m0_r0p0_trm.pdf
2. https://www.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m0.php
3. https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/arm-cortex-m0-32-bit-microcontroller.aspx
4. http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5=A31DC1FF534659598E1720B6CAF7DD0B
5. http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5=0E677A3E8D513AF095C58D0F3AB2CF2D
6. https://armkeil.blob.core.windows.net/product/mdk5-getting-started.pdf
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).