Встроенные системы

Курс посвящен введению в проектирование и особенности функционирования встроенных систем. Цель курса – дать студентам начальное представление о встроенных системах, специфике их проектирования и эксплуатации.

В результате обучения происходит формирование базовой системы знаний и навыков, позволяющей понимать принципы функционирования встроенных систем, выбирать средства и технологии их разработки, оценивать эффективность их использования в различных прикладных областях.

Для обучения используются следующие инновационные технологии: система удаленного прототипирования встраиваемых вычислительных систем (виртуальная лаборатория); задания, направленные на развитие творческого мышления; проблемное обучение.

В состав курса входят видеолекции, виртуальная лаборатория, тесты. Длительность курса составляет 12 недель. Трудоемкость курса – 3 зачетные единицы. Средняя недельная нагрузка на слушателя – 9 часов.

Сопряжённое проектирование встраиваемых систем (Hardware/Software Co-Design). Часть 1. Учебное пособие [Электронный ресурс] : учеб. пособие / С.В. Быковский [и др.]. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : НИУ ИТМО, 2016. — 108 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/91380.

Сопряжённое проектирование встраиваемых систем (Hardware/Software Co-Design). Часть 2. Учебное пособие [Электронный ресурс] : учеб. пособие / С.В. Быковский [и др.]. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : НИУ ИТМО, 2016. — 105 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/91379.

Соколова, В. В. Вычислительная техника и информационные технологии. Разработка мобильных приложений : учебное пособие для прикладного бакалавриата / В. В. Соколова. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 175 с. — (Серия : Университеты России). — ISBN 978-5-9916-6525-4. 

Древс, Ю.Г. Технические и программные средства систем реального времени [Электронный ресурс] : учебник / Ю.Г. Древс. — Электрон. дан. — Москва : Издательство «Лаборатория знаний», 2016. — 337 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/70691.

Аппаратные и программные средства встраиваемых систем [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А.О. Ключев [и др.]. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : НИУ ИТМО, 2010. — 290 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/40708.

Материал курса основывается на знаниях следующих дисциплин: "Математика", "Дискретная математика", "Физика", "Информатика". "Программирование".

В курсе рассматриваются следующие темы:

Раздел 1. Встроенные и киберфизические системы

• Неделя 1. Введение 
  • Процесс обучения и рекомендуемая литература
  • Зачем нужен этот курс? 
  • О необходимых компетенциях и их развитии 
  • Основные понятия: встроенные и киберфизические системы 
  • Понятие реального времени 
  • Надежность и безопасность 
  • Особенности конструкции и разработки ПО встроенных и киберфизических систем 
• Неделя 2. Встроенные системы 
  • Первые управляющие компьютеры. История создания 
  • Переход к встроенным системам 
  • Этапы развития управляющих компьютеров 
  • Встроенные и киберфизические системы в настоящее время 
  • Как выглядят встроенные системы в настоящее время 
  • Пирамида автоматизации 
• Неделя 3. Киберфизические системы 
  • Что такое киберфизическая система? 
  • Проблемы в проектировании ПО 
  • Практические способы реализации ПО
  • Модели вычислений 
  • Концепция “Интернет-вещей”. Холоны и холархии 

  Раздел 2. Особенности аппаратного обеспечения встроенных систем

• Неделя 4. Особенности конструкции встроенных систем 
  • Корпуса встроенных систем
  • Защита от электромагнитных помех 
  • Защита от влаги 
  • Громозащита (молниезащита) и защита от вибрации 
  • Можно ли использовать обычное компьютерное оборудование в качестве компонентов ВсС и КФС? 
• Неделя 5. Вычислительная подсистема
  • Учебный лабораторный стенд SDK-1.1M 
  • Процессоры и микроконтроллеры 
  • Микроконтроллеры семейства STM32 
  • Механизмы реального времени. Таймер
  • Механизмы реального времени. Устройство захвата сравнения
  • Механизмы реального времени. Сторожевой таймер. Прерывания. Часы реального времени
  • Механизмы реального времени. Система контроля питания. Встроенная Flash-память. ПДП
• Неделя 6. Система ввода/вывода
  • Система ввода/вывода встроенной системы
  • Система ввода/вывода на примере учебного стенда SDK-1.1M
  • Интерфейсы учебного стенда SDK-1.1M

  Раздел 3. Особенности программного обеспечения встроенных систем

• Неделя 7. Операционные системы реального времени
  • Операционная система 
  • Операционная система реального времени
  • Ядро ОС РВ, переключение и планирование задач
  • Специфика ОС РВ
  • Процессы и параллелизм. ОС РВ FreeRTOS
• Неделя 8. Языки программирования
  • Что такое язык?
  • Языки программирования для ответственных систем
  • Языки программирования С/С++
  • Примеры программ на языке Си для ВсС и КФС
• Неделя 9. Отладка и тестирование
  • Основные понятия
  • Основные виды тестов
  • Специфика тестирования ВсС и КФС
  • Отладка ВсС и КФС

  Раздел 4. Инструментальное обеспечение встроенных систем   

• Неделя 10. Особенности компиляторов языков С/С++ для встроенных систем
  • Компиляция программы: начальное конфигурирование встроенных систем.
  • Компиляция программы: управление памятью, модели памяти.
  • Компиляция программы: управление оптимизацией и отладкой.
• Неделя 11. Инструментальные средства отладки и тестирования
  • Отладка встроенных систем с помощью специализированных интерфейсов;
  • Использование логических анализаторов и осциллографов в процессе тестирования и отладки встроенных систем.
  • Модель современного отладчика.

Каждая тема предполагает изучение в течение одной недели.

• Знание основных понятий встроенных систем, их место и роль в современном мире (РО-1)
• Владение современными технологиями и средствами проектирования встроенных систем (РО-2)
• Знание структуры жизненного цикла встроенных систем (РО-3)
• Знание критериев качества встроенных систем и процесса их разработки (РО-4)
• Владение навыками организации процесса разработки встроенных систем (РО-5)

• Обосновывает принятие решения при осуществлении профессиональной деятельности (ОПК-2.1)
• Выбирает средства и технологии, в том числе с учетом последствий их применения в профессиональной сфере (ОПК-2.2)
• Принимает участие в планировании, разработке текущих и перспективных планов развития проектов в профессиональной области (ОПК-2.3)
• Оценивает эффективность результатов профессиональной деятельности (ОПК-2.4)
• Определяет приоритеты профессиональной деятельности и способы ее совершенствования (ОПК-2.5)