Beágyazott Rendszerek Tanfolyam

1. óra • Fejlesztői eszközlánc áttekintése

Bemutatja a keresztfordítókat, linkereket, hibakeresőket és flash programozókat. A hallgatók konfigurálnak egy alap eszközláncot, hogy lefordítsák és futtassák első programjukat.

2. óra • Alapvető hardverösszetevők

Áttekinti a mikrokontrollereket, processzorokat, memóriatípusokat és perifériákat. Megadja a későbbi fejezetekhez szükséges hardver szókincset.

3. óra • Beágyazott rendszerek korlátai és kompromisszumai

Elemzi a tervezési döntéseket alakító energia-, memória-, késleltetési és költségkorlátokat. Keretbe foglalja a mérnöki kompromisszumokat, amelyek a kurzus során újra előkerülnek.

4. óra • Beágyazott rendszerek meghatározása

Szembeállítja a beágyazott rendszereket az asztali számítástechnikával valós példák segítségével. Rögzíti a fejezet hatókörét és tervezési filozófiáját.

1. óra • Állapotgépek és vezérlési folyam

Véges állapotgépeket valósít meg felsorolók és switch utasítások segítségével eseményvezérelt firmware-hez. Skálázható alternatívát nyújt a beágyazott feltételek helyett.

2. óra • Volatile, Const és Restrict minősítők

Magyarázza a fordítóoptimalizálások kölcsönhatását a hardverleképezett változókkal. A hallgatók helyesen alkalmazzák a minősítőket a finom egyidejűségi és optimalizációs hibák elkerülésére.

3. óra • Pointerek és memóriakezelés

Lefedi a pointer-aritmetikát, függvénypointereket és statikus memóriafoglalási stratégiákat. Elkerüli a dinamikus foglalás buktatóit biztonságkritikus firmware-ben.

4. óra • Fix szélességű típusok és bitmanipuláció

A stdint.h típusokat és bitenkénti operátorokat használ hordozható regiszter szintű kód írásához. Megszünteti a beágyazott hibákban gyakori típusméretbizonytalanságot.

1. óra • Megszakítások és kivételkezelés

Lefedi a megszakítási vektorokat, prioritási szinteket és ISR-tervezési szabályokat. A hallgatók a pollozó ciklusokat megszakítás-vezérelt be-/kimenetre cserélik a hatékonyság érdekében.

2. óra • CPU-architektúra alapjai

Lefedi a pipeline fokozatokat, utasításkészleteket és regiszterfájlokat a gyakori beágyazott magokban. Összeköti az architektúra ismeretét a hatékony alacsony szintű kód írásával.

3. óra • Memória-architektúra és leképezés

Magyarázza a memórialeképezett be-/kimenetet, címtartományokat, valamint a verem és a kupac foglalását. Felkészíti a hallgatókat az adatlapok olvasására és a helyes periféria-elérési kód írására.

4. óra • Analóg interfészek: ADC és DAC

Magyarázza az ADC mintavételezést, felbontást, referenciafeszültségeket és a DAC kimenetet. A hallgatók szenzorfeszültségeket olvasnak és analóg jeleket állítanak elő szoftveres vezérléssel.

5. óra • GPIO és digitális be-/kimenet vezérlés

Megtanítja a regiszter szintű GPIO konfigurációt bemenethez, kimenethez és alternatív funkciókhoz. A hallgatók LED-vezérlési és gomb-debouncing gyakorlatokat valósítanak meg.

1. óra • UART soros kommunikáció

Konfigurálja a baudrátát, keretezést és folyamatszabályozást UART kapcsolatokhoz. A hallgatók parancssori interfészt valósítanak meg soros terminálon keresztül.

2. óra • Protokollválasztás és hibakeresés

Útmutatást ad a protokollválasztáshoz sebesség, távolság, csomópontszám és költség alapján. A hallgatók logikai elemzőket és oszcilloszkópokat használnak a buszforgalom dekódolásához és hibakereséséhez.

3. óra • CAN busz alapjai

Bemutatja a CAN keretfelépítést, arbitrációt, hibafelismerést és busztopológiát. Felkészíti a hallgatókat az autóipari és ipari protokoll-munkára.

4. óra • I2C busz protokoll

Magyarázza az I2C címzést, ACK/NACK, órajel-nyújtást és többmasteres arbitrációt. A hallgatók szenzoradatokat olvasnak I2C eszközökről regisztertérképek segítségével.

1. óra • Feladat létrehozása és kezelése

Feladatokat hoz létre, függeszt fel, folytat és töröl RTOS API-k segítségével. A hallgatók többfeladatos alkalmazást építenek független szenzor- és kijelzőfeladatokkal.

2. óra • RTOS fogalmak és ütemezés

Meghatározza a feladatokat, ütemezőket, preemptiót és kontextusváltást. Szembeállítja az RTOS-alapú tervezést a csíkszintű szuperhurok-megközelítésekkel.

3. óra • RTOS időzítők és energiafelügyelet

Konfigurálja a szoftveres időzítőket és a tickless idle módokat az energiafogyasztás csökkentésére. Integrálja az RTOS időzítést a hardveres alacsony fogyasztású állapotokkal.

4. óra • Feladatok közötti kommunikáció

Sorokat, postaládákat és eseményjelzőket használ az adatok biztonságos továbbítására a feladatok között. Megszünteti a versenyhelyzeteket okozó globális változók megosztását.

1. óra • Periféria energiaoptimalizálás

Igény szerint engedélyezi és letiltja a perifériákat az üresjárati áram megszüntetéséhez. Duty-cycle-ozást alkalmaz a szenzorok, rádiók és kijelzők esetében.

2. óra • Alvó és alacsony fogyasztású üzemmódok

Konfigurálja az alvó, mélyalvó és készenléti módokat megfelelő ébresztési forrásokkal. A hallgatók mérik a megtakarított energiát az egyes módváltásoknál.

3. óra • Órajel- és feszültség-skálázás

Csökkenti a működési teljesítményt a CPU frekvencia és a tápfeszültség dinamikus csökkentésével. A hallgatók a terheléshez igazított DVFS szabályzatokat valósítanak meg.

4. óra • Energiafogyasztás alapjai

Szétszedi a dinamikus, statikus és periféria energiaösszetevőket. Mérési alapértéket hoz létre az optimalizálás megkezdése előtt.

1. óra • Beágyazott fenyegetési környezet

Katalogizálja a fizikai, firmware és hálózati támadási vektorokat, amelyek a beágyazott eszközöket célozzák. Valós biztonsági incidens esettanulmányokkal motiválja a biztonsági beruházást.

2. óra • Biztonságos kommunikációs csatornák

Beállítja a TLS-t és a DTLS-t beágyazott vermeken a hitelesített, titkosított kapcsolatokhoz. Kezeli a tanúsítványokat és a munkamenet-kulcsokat a memóriakorlátok között.

3. óra • Biztonságos rendszerindítás és firmware integritás

Bizalmi láncot valósít meg a ROM rendszerbetöltőtől az alkalmazás firmware-ig. A hallgatók aláírják a firmware-képeket, és ellenőrzik az aláírásokat a rendszerindításkor.

4. óra • Biztonságos firmware-frissítés (OTA)

Hibabiztos over-the-air frissítési folyamatot tervez visszaállításvédelemmel. A hallgatók dupla bankos flash frissítési sémát valósítanak meg aláírás-ellenőrzéssel.

1. óra • Hibakeresési technikák és eszközök

JTAG/SWD hibakeresőket, nyomkövetési puffereket és printf-stílusú naplózást használ a hibák elkülönítésére. Szisztematikus hibakeresési készségeket épít, amelyek bármely beágyazott platformon alkalmazhatók.

2. óra • Telepítési és terepi frissítési stratégiák

Megtervezi a gyártási programozást, a terepi diagnosztikát és az OTA frissítés bevezetését a telepített eszközökhöz. Kezeli a flottakezelést és a verziókövetést nagy léptékben.

3. óra • Statikus elemzés és kódminőség

Statikus elemzőket futtat és kódolási szabványokat érvényesít a hibák megelőzése érdekében a futásidő előtt. Minőségi kapukat integrál a build folyamatba.

4. óra • Hardware-in-the-Loop tesztelés

Valódi hardvert kapcsol össze automatizált teszt szkriptekkel az időzítés és a perifériák viselkedésének ellenőrzéséhez. Olyan integrációs hibákat fog el, amelyeket az egységtesztek nem képesek észlelni.