Nagyteljesítményű mikrokontrollerek és interfészek (VIAUMA07)

Tárgy hivatalos adatlapja: http://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VIAUMA07

A tantárgy célkitűzése

A tantárgy széleskörű ismereteket nyújt a számítógépes rendszerek és a nagyteljesítményű mikrokontrollerek architektúráiról, ill. építőelemeiről. A hagyományos architektúrák elemzését követően bemutatja a széles körben elterjedt speciális architektúrákat (ARM, DSP, hálózati- és grafikus vezérlők, GPGPU), s összeveti ezeket a szoft- és hardprocesszoros SoC eszközökkel. A tárgy hallgatói megismerkednek a teljesítményt, biztonságot és megbízhatóságot növelő, s a fogyasztást csökkentő módszerekkel. Részletesen foglalkoznak az irányítórendszer részeit összekapcsoló modern buszrendszerek mechanikai-, elektromos- és logikai jellemzőivel, a rendszer- és részrendszer szintű megbízhatósági kérdésekkel, s a komplex rendszereken belül a tantárgytárgy kitér a WEB, mobil, stb. alapú irányítás és diagnosztika lehetőségeire is.

A tárgy tematikája 

I. rész - Nagyteljesítményű mikrokontrollerek (10 ea)

• Számítógéparchitektúrák (1 ea)
• Definíciók (utasításkészlet, mikro- és számítógép architektúra),  dinamikus és statikus interfész, a jó architektúra jellemzői, a fejlesztés motivációi a fejlődés lépései, virtuális gépek, szintek közti viszonyok, fordítás és interpretálás, számítógép generációk.

• Mikroarchitektúrák (4 ea)
• Processzorok teljesítménye: az Iron szabály, közönséges csővezetékes, szupercsővezetékes, szuperskalár csővezetékes és VLIW processzorok, Amdahl törvénye.
• Közönséges csővezetékes processzorok szervezése: (elv, Earle puffer, a frekvencia felső határa), aritmetikai csővezeték, fix és lebegőpontos aritmetikai műveletek hardver megvalósítása, utasítás csővezeték, tipikus hatfázisú csővezeték, fizikai megvalósítás, valóságos csővezeték (RAW, WAW, WAR és feltételes függőségek és kiküszöbölésük).
• Szuperskalár szervezés: egységes szerkezetű, diverzifikált és dinamikus csővezetékek, egymásrahatások és kiküszöbölésük, regiszter átnevezés, elágazásbecslés.
• A P6 mikroarchitektúra: a három független motor, a mikroarchitektúra elemei és funkcióik.

• ARM Cortex A processzorcsalád (2 ea)
• Az ARM Cortex A processzorcsalád tulajdonságai
• Digitális jelprocesszor tulajdonságok a mai kontrollerekben. Igények, FIR szűrő példa, klasszikus és modern jelprocesszor architektúrák, cirkuláris puffer, MAC egységek, gyors cikluskezelés, hardver verem, speciális címzési módok.

• Grafikus processzorok (2 ea)
• A felbontóképesség, színmélység és funkcionalitás növelésének igénye, display adapter típusok, primitív, 2D és 3D grafikát támogató GPU-k, a GPU és a CPU kapcsolata, összehasonlítása, a grafikus csővezeték fokozatai, a GPU-k nem grafikus alkalmazásai.

• Többprocesszoros rendszerek (1 ea)
• A sebesség növelésének módjai,  többprocesszoros rendszerek osztályozása (feladat hozzárendelési mód, processzorok közti kapcsolat, utasítás és adatáram, memória megosztottság és vezérlési mechanizmus). Többmagos processzorok vs. többprocesszoros rendszerek.
• Reprezentatív rendszerek: lokális és globális memóriájú tömbprocesszorok, példa a síkbeli hőmérséklet-eloszlás számítására, szorosan és lazán csatolt MIMD rendszerek.
• Gyorsítótár koherencia: Write back, Write through rendszerek, szoftver és hardver módszerek, könyvtár alapú és szimatoló protokollok.

II. rész - Buszok és interfészek (5 ea)

• Interfészek és buszok általános jellemzői (1 ea)
• Mechanikai jellemzők
• Elektromos jellemzők
• Logikai jellemzők

• A SATA busz (1 ea)
• SATA általános jellemzők, réteges struktúra, a fizikai réteg (mechanikai és elektromos jellemzők), az adatkapcsolati réteg (keret küldése és fogadása, összekeverés, 8b/10b kódolás, primitívek), a transzport réteg (FIS összeállítás és szétbontás, kommunikáció az adatkapcsolati réteggel, a puffer/FIFO tartalom menedzselése).
• A SATA Express fontosabb jellemzői.

• Az USB busz (1 ea)
• Bevezetésének előzményei. Általános jellemzők: rendszerarchitektúra (busz topológia, eszközök és végpontok) rendszer konfiguráció, fel- és lecsatlakozás, adatfolyam típusok, sebesség, sávszélesség allokáció, a hardver és szoftver réteges szerkezete, az USB helye egy PC-ben.
• A mechanikai interfész jellemzői: A és B típusú csatlakozók, mini USB B csatlakozó, On-The-Go specifikáció, kábelek.
• Elektromos jellemzők: adók és vevők, jelszintek, J és K állapotok, a HUB és az eszközök kapcsolata, sebesség identifikáció, meghajtó- és vevőáramkörök, kódolás.
• Logikai jellemzők: az adatátvitel elemei, a tranzakciók csomagjai (token, adat és kézfogásos csomagok), az IN, OUT, SETUP és speciális csomagok, a tranzakciók lefolyása, USB leírók és konfigurálás.
• Az USB 3.0 jellemzői.

• A PCI buszcsalád (1 ½ ea)
• A PCI buszbevezetésének előzményei, a család tagjai.
• A PCI Express busz: a soros technológia előretörése, rendszerarchitektúra, réteges felépítés, a fizikai réteg  elemei:  pufferek, multiplexerek, bájt szétszedő és összerakó modulok, összekeverők és visszaállítók, 8b/10b kódoló-dekódoló, órajel kinyerés, szóhatár felismerés, sávelcsúszás kompenzálás, vevő detektálás, karakter egymásrahatás kompenzálása), csomag alapú réteges protokoll (tranzakciós és adatkapcsolati réteg csomagok, szolgáltatási minőség, virtuális csatornák és forgalmi osztályok).

• Korszerű soros buszok kapcsolódása (½ ea)

III. rész - System-on-chip rendszerek (4 ea)

• Egylapkás rendszerek általános tulajdonságai (2 ea)
• SoB, SoC, PSoC és SiP rendszerek tulajdonságai, előnyök, hátrányok.
• Újrahasználható IP-k: soft, hard és firm IP blokkok, analóg és vegyes jelű blokkok.
• Xilinx 7-es sorozatú FPGA család: konfigurálható logikai blokkok, IO blokkok, memória elemek, DSP szeletek.
• Magas szintű szintézis: Xilinx HLS bemutatása.
  
• Kommunikációs infrastuktúra: ARM AMBA buszcsalád.

• Soft processzorok (1 ea)
• PicoBlaze architektúra és erőforrásai.
• MicroBlaze: architektúra, regiszterstruktúra és utasításkészlet, választható elemek, memória interfészek, IP elemek, MicroBlaze MCS.

• Zynq: FPGA alapú PSoC (1 ea)
• Architektúra: ARM Cortex –A9 processzor (PS), programozható logikai eszköz (PL), AXI interfész a PS és PL között.
• PS elemei: Application Processing Unit (APU), memória interfészek, IO perifériák (IOP), Central Interconnect.

 

Hírek  

Félévközi számonkérések

A zárthelyit és a pótzárthelyit a kari Moodle rendszer segítségével tartjuk meg az ütemezett időpontokban.
(Kiss Domokos Dr., 2020.03.26. 15:38) · Bővebben »

Régebbi hírek »

Jegyzetek

A tárgyhoz nincs feltöltve jegyzet, vagy az csak belépett illetve a tárgyat felvett hallgatók számára érhető el.