Beágyazottszoftver-fejlesztés

Az előadások részletes tematikája

1. hét: A beágyazottszoftver-fejlesztés C nyelvű alapjai: A keresztfordítás lépései és sajátosságai,
C kód fordítása beágyazott vezérlőre. Kód elindulásának folyamata egy mikrovezérlőn, annak
bemutatása, hogy mi történik a main() függvény meghívása előtt.

2. hét: Memóriába leképezett regiszterek, perifériák kezelése: Hagyományos, egyedi mutatókra
épülő megoldások. Általánosított, a perifériákat blokk szintjén kezelő struktúraalapú megoldások,
és ezek szabványosítása: a CMSIS-Core bemutatása. A CMSIS core szabvány által megkövetelt
szerkezet és kódolási minta bemutatása.

3. hét: Hardware absztrakciós rétegek: A mikrovezérlő szintű absztrakció: a mikrovezérlő szintű
absztrakció feladatának és szükségességének bemutatása. A modern firmware library-k
felépítésének bemutatása. Törekvés a szabványosításra, CMSIS-Driver API, kódolási, elnevezési és
kommentezési szabályok bevezetése. A standard C környezet és a beágyazott környezet közötti
kapcsolódási pontok bemutatása.

4. hét: Perifériák interrupt-alapú kezelése: A megszakításkezelés során lejátszódó folyamatok
ismertetése, a vektoros megszakításkezelés szoftveres alapjainak bemutatása. Tipikusan
megszakításalapú perifériakezelést igénylő esettanulmányok mutatása.

5. hét: Perifériák DMA (Direct Memory Access) alapú kezelése: A DMA átvitel elméleti alapjainak
bemutatása. A tipikus DMA átvitelnél megadandó paraméterek ismertetése. A hatékony DMA
kezelés és a rendszerarchitektúra felépítésének összefüggései. Alkalmazási minták mutatása DMA
alapú perifériakezelésre.

6. hét: Hardware absztrakciós rétegek (board szintű absztrakció): A board szintű absztrakció
szükségessége és lehetséges felületei. Annak bemutatása, hogy miért szükséges egy magasabb
szintű absztrakció létrehozása a mikrovezérlő absztrakció fölé. Minták, szabványosítási törekvések
mutatása a board szintű absztrakcióra.

7. hét: A beágyazott szoftverek tipikus üzemmódjai: A beágyazott szoftverben megvalósítandó
tipikus üzemmódok és jellemzőik ismertetése: energiatakarékos módok, hibamódok: fail stop, fail
reduced, kalibrációs és diagnosztikai üzemmódok. A modern mikrovezérlők jellemző
energiatakarékos módjainak bemutatása, alkalmazásuk szoftveres és programszervezési kérdései.

8. hét: A beágyazott szoftverek tipikus üzemmódjai: A kalibrációs és diagnosztikai üzemmódok
szerepének bemutatása: tesztelési támogatás, működés közbeni monitorozás, konfigurálás,
hibaesemények tárolása stb. A távoli programfrissítési lehetőségek (bootloader) ismertetése. Egy
ipari diagnosztikai protokoll tulajdonságainak rövid bemutatása: XCP (Universal Measurement and
Calibration Protocol).

9. hét: A beágyazott szoftver debuggolása, tesztelése: Modern mikrovezérlők által nyújtott debug
lehetőségek, a debug kapcsolat bemutatása a mikrovezérlőtől az IDE-ig: debug hardware (CMSIS-
DAP mint általánosítási kísérlet), GDB szerver, GDB RSP, GDB parancssor. Modern vezérlők trace
képességei és az azokból nyerhető információk: DWT, ITM képességek és ezek megjelenése a
fejlesztőkörnyezetben.

10. hét: Nem preemptív szoftverarchitektúrák bemutatása, bevezetés az RTOS-ekbe: Round-Robin, megszakításokkal kiegészített Round-Robin, függvénysor alapú nem preemptív ütemezők.
A beágyazott operációs rendszerek jellemzőinek bemutatása a FreeRTOS-en keresztül: felépítés,
működés, ütemezési jellemzők, az egyes szálak üzemmódjai.

11. hét: A párhuzamos programozás alapjai (közös erőforrások használata és kölcsönös kizárás): A
közös erőforrások használatából adódó problémák bemutatása. A közös erőforrások használatára
alkalmazott elméleti megoldások, például mutex-ek működési alapjainak ismertetése.

12. hét: A párhuzamos programozás alapjai (szinkronizáció és kommunikáció a szálak között): A
szálak közötti kommunikáció eszközeinek és azok elméleti működésének bemutatása. A
szemaforok és queue-k szerepe a szálak közötti és a szálak és megszakítások közötti
kommunikációban.

13. hét: A párhuzamos programozás alapjai (jellemző problémák): A közös memóriaterületen
osztozó szálak jellemző problémái és azok elméleti kezelése: stack problémák és kezelési
módjaik. Ütemezési és ütemezhetőségi problémák. A szálak jellemző időzítési tulajdonságainak
bemutatása: végrehajtási idő és válaszidő. A végrehajtási idő mérésének módszerei, a válaszidő
számításának feltételei és módszerei.

14. hét: szünetek vagy konzultáció

A gyakorlatok és laborok részletes tematikája

1.hét: Ismerkedés a fejlesztői környezettel és fejlesztőkártyával: A kiválasztott környezetben egy
project létrehozása. A kód fordulás lépéseinek és a program indítási folyamatának megértése.

2.hét: Egyszerű periféria kezelése, GPIO láb kezelése: Egyszerű perifériakezelés hagyományos
memóriamutatók és a CMSIS-Core alapú struktúrák használatával.

3.hét: Perifériakezelés firmware library alapon: Firmware library függvények használata az
egyszerű perifériák kezelésére. GPIO és UART kezelési példák. A LibC portolása az UART kimeneten
keresztüli printf használathoz.

4.hét: Perifériakezelés IT használatával: Interrupt rutin megvalósítása egy kiválasztott periféria
kezelésére. Gyakorlat szerzése a megszakításkezelés területén.

5.hét: Perifériakezelés DMA használatával: A DMA vezérlő felprogramozása egy memória -
periféria átvitel megvalósítására. Az interrupt-os és DMA alapú működés összehasonlítása.

6.hét: Board szintű absztrakció létrehozása: Egy külső szenzor kezelése (például egy I2C buszos
hőmérő). API készítése a szenzorhoz, a megfelelő kezelési mód: interruptos, vagy DMA mód
kiválasztása.

7.hét: Energiatakarékos üzemmódok kipróbálása: Üzemmódfüggő fogyasztás vizsgálata, melyik
részei a processzornak maradnak ébren bizonyos módokban. Egyszerű program készítése timerre,
vagy nyomógombra történő működésre.

8.hét: Diagnosztikai üzemmód: Egy meglévő protokoll (XCP) portolása, egy egyszerű CLI (Command Line Interface) létrehozása.

9.hét: Debuggolási gyakorlat: Hagyományos debug lehetőségek, annak végigkövetése, hogy
hogyan jut el a debug parancs a fejlesztő környezetből a kártyára. Watch, Live watch alkalmazása,
trace lehetőségek: IT követés, Trace konzol beépülése a fejlesztő környezetekbe.

10.hét: Beágyazott OS: FreeRTOS elindítása a demókártyán. Egyszerű, 1-2 szálat megvalósító
demó program létrehozása.

11.hét: Kölcsönös kizárás: Közös változó/erőforrás használat problémájának demonstrálása. A
közös erőforrás-használat során alkalmazott védelmi eljárások bemutatása, példák Mutex-ek
alkalmazására.

12.hét: Szálak közötti szinkronizáció és kommunikáció: Szál - szál közötti szinkronizáció és szál -
megszakítás közötti szinkronizáció eszközei. Jelzések és üzenetek továbbítása szemaforok és
queue-k használatával.

13.hét: A beágyazott OS-ek használatánál előforduló lehetséges problémák demonstrálása és
kezelése: Stack elfogyás demonstrálása és stack védelem. Az időzítés és ütemezés nyomkövetése a
kernel műszerezésével.

14. hét: szünetek, vagy konzultáció