-
12 недель
-
около 9 часов в неделю
-
3 зачётных единицы
Встраиваемые системы – это база киберфизических систем и Индустрии 4.0. А данный курс является введением во встроенные и киберфизические системы. В нем рассматриваются архитектура и специфика аппаратного и программного обеспечения, особенности программирования, тестирования и отладки встроенных и киберфизических систем. В курсе разбираются вопросы надежности и безопасности, а также аспекты проектирования программного и аппаратного обеспечения в условиях ограниченных ресурсов.
О курсе
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.
Информационные ресурсы
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.
Требования
Материал курса основывается на знаниях следующих дисциплин: "Математика", "Дискретная математика", "Физика", "Информатика". "Программирование".
Программа курса
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.
Результаты обучения
- 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)
Формируемые компетенции
09.03.01 Информатика и вычислительная техника
09.03.04 Программная инженерия
10.03.01 Информационная безопасность
44.03.04 Профессиональное обучение
11.03.03 Конструирование и технология электронных средств
12.03.01 Приборостроение
13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств
15.03.06 Мехатроника и робототехника
23.03.03 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов
24.03.02 Системы управления движением и навигация
27.03.04 Управление в технических системах
- 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)
