Курс лекций по микроконтроллерам.  Обучение Тема Д4

Целью программы является курс по изучению и практическому освоению архитектуры одно-го из самых распространенных семейств 8-разрядных микроконтроллеров – семейства AVR фирмы Atmel.

В 16-ти лекциях курса на примере одного из наиболее применимых микроконтроллеров семейства -ATmega16, подробно разбирается работа центрального процессорного устройства и всех его компонентов, изучается структура и режимы работы всех периферийных устройств.

Внимание акцентировано на особенностях микроконтроллеров этого семейства и специфике работы отдельных блоков.

Как отдельные занятия в курсе рассмотрены четыре практических примера по использованию периферийных устройств микроконтроллера и системы прерываний. Программирование и моделирование работы микроконтроллера в этих примерах проводится с применением интегрированных средств разработки. Программирование в примерах осуществляется на языке Си и от слушателя требуется минимальное знание этого языка.

Компетенции

  • способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов;
  • способность применять современные методы разработки технического, информационного и алгоритмического обеспечения систем автоматизации и управления.

Целевая аудитория

Студенты технических специальностей, инженеры и специалисты в области систем контроля и управления.

Автор программы

К.т.н., доцент кафедры Систем автоматического управления Голик Станислав Евсеевич.

Описание технологии обучения

Технология обучения основана на самостоятельном изучении материала по видео лекциям, выполнении тестов. В состав видео материалов включено несколько практических заданий, выполняемых с использованием интегрированных сред разработки и моделирования.

В процессе обучения преподавателем осуществляется обратная связь со слушателями по прохождению курса, а также по выполнению практических заданий.

Продолжительность программы

Программа рассчитана на 24 академических часа (количество видеоматериалов, доступных для изучения, составляет 16 видеолекций и 4 практических занятия).

Длительность курса составляет 6 недель. Средняя недельная нагрузка на обучающегося - 4 академических часа в неделю.

Курс включает в себя 16 лекций и 4 практических занятия:

  • Лекция 1. Введение. Архитектура микроконтроллеров семейства AVR. Центральное процессорное устройство. Операционное устройство.
  • Лекция 2. Центральное процессорное устройство. Устройство управления. Тактовый генератор и устройство синхронизации.
  • Лекция 3. Центральное процессорное устройство. Подсистема сброса. Блок режимов энергопотребления.
  • Лекция 4. Организация памяти.
  • Лекция 5. Система прерываний. Внешние прерывания.
  • Практическое занятие. Программирование внешних прерываний.
  • Лекция 6. Модуль параллельных портов ввода-вывода.
  • Практическое занятие. Программирование портов ввода-вывода.
  • Лекции 7 - 8. Таймеры/счетчики. Таймер/счетчик ТС0 (начало).
  • Практическое занятие. Формирование сигналов широтно-импульсной модуляции.
  • Лекции 9 - 11. Таймер/счетчик ТС2. Таймер/счетчик ТС1.
  • Лекция 12. Сторожевой таймер. Аналоговый компаратор.
  • Лекция 13. Аналого-цифровой преобразователь.
  • Практическое занятие. Программирование аналого-цифрового преобразователя.
  • Лекция 14 - 15. Универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик.
  • Лекция 16. Последовательный интерфейс SPI.

Итоговая аттестация

В рамках итоговой аттестации слушатель проходит тестирование и выполняет практические занятия. Результат работы высылается преподавателю для проверки.

После проверки выполненного задания со слушателем проводится собеседование (очно или в режиме вебинара), на котором обучающемуся предоставляется возможность внести правки в работу в случае их необходимости или аргументировать свой выбор технологии создания заданного объекта.

Контактная информация

пн. - пт. с 10:00 до 17:00
197376, Россия, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, дом 5, корп. D, пом. D402
+7 812 346-28-18, +7 812 346-45-21
+7 812 346-45-21
[email protected]


На данный момент работа курсов приостановлена. Во всем вопросам по-прежнему можно писать на почту с пометкой курсы.

Набираются малые группы для проведения семинаров по курсу "основы программирования микроконтроллеров". Курс включает в себя несколько занятий, на которых будет рассмотрена (в зависимости от общего уровня группы) специфика программирования микроконтроллеров. Каждому обучающемуся предоставляется отладочная плата и программаторы. На курсах так же будут рассматриваться основы схемотехники. Ознакомительное занятие бесплатно. Запись на курсы производится в индивидуальном порядке, присылайте письма на почтовый ящик info@сайт с пометкой курсы программирования.

Базовый курс

для начинающих будет проводиться курсы с использованием отладочных плат AVR butterfly (Дополнительная информация по отладочным платам), в основе отладочных плат получившие большое распространение 8-разрядные микроконтроллеры Atmega от Atmel. На занятиях будут рассматриваться простейшие задачи систем управления: работа с кнопками (джойстик), работа с ЖК дисплеем, памятью и прочей периферией МК. Занятия будут проходить согласно книге "C Programming for Microcontrollers Featuring ATMEL"s AVR Butterfly and the free WinAVR Compiler".

Продвинутый курс

Программирование микроконтроллеров семейства ARM7 фирмы NXP. Будет изучена периферия микроконтроллера, подключение по USB, CAN-шина, SSP-модули, а также основные принципы и специфика программирования микроконтроллеров семейства ARM7, Cortex M3.

Сложный курс

Если хотитеобучаться по « S kype », то первое занятие проводитсяусловно-бесплатно (кроме индивидуальных программ), т.е. вы его проходите с целью понять, подходит вам такое обучение или нет. Вслучае принятия положительного решения, оно оплачивается. Минимальная предоплата - за 4 занятия. Для занятий по индивидуальным программам – только по предоплате.

Для хорошей связи нужно иметь интернет с достаточной скоростью (лучше кабельный, обычно не менее 2 Мбит/с). Качество связи можем проверить пробным сеансом связи.

Для понимания того, как будет происходить обучениепо e - mail , вы можете пройти бесплатно первое занятие любого курса:

1. Вы получите материалы этого занятия.

2. Изучите их, ответите на контрольные вопросы и вышлите ваши ответы (а также вопросы, возникшие у вас в процессе изучения материала) для проверки.

3. После проверки вы получите комментарии к вашим ответам (что правильно, что неправильно или не совсем верно) и ответы на ваши вопросы (см.).

Порядок оплаты:

Вы заказываете требуемые курсы обучения(при необходимости устройства или наборы деталей). Вам выставляется счет на оплату. Вы оплачиваете счет. После прихода денег Вам высылается учебный материал по электронной почте для обучения по e - mail (еслизаказаны устройства или наборы деталей, то они высылаются обычной почтой ценной бандеролью) или проводятся занятия по « Skype » (время по договоренности, можно по 1-2 занятию в день).

Варианты оплаты:

Оплата производится на расчетный счет ИП, возможны следующие способы:

Через Сбербанк или другой банк

Интернет-банк

Сервис «Оплата квитанций» платежной системы "Яндекс.Д еньги "

Сервис платежей "WebMoney "


Или через платежную систему « OnPay » (много вариантов оплаты картами, электронными деньгами, через терминалы и т.д.)

Скидки:

При заказе нескольких разных курсов по e - mail или обучение нескольких человек по одному курсу по e - mail (кроме «обучения на заказ»):

2,3,4 заказываемые курсы – скидка 10%,

5 ипоследующие – скидка 20%.

При обучении нескольких человек одновременно по скайпу, скидки обсуждаются.

Вписьме укажите номера курсов, по которым вы хотите получить пробные занятия или произвести оплату за курсы (и наборы для обучения при необходимости). Если вы затрудняетесь с выбором курса, напишите, какие устройства вы собираетесь разрабатывать, хотите пройти обучение с целью проектирования радиолюбительских устройств или это вам нужно для профессиональной деятельности, я помогу вам подобрать наиболее подходящий курс.

Или позвоните по телефону+79126195167 (с 8 до 18 по Московскому времени).

Часто задаваемые вопросы:

Я начинающий программист. На предприятии, где я работаю (устраиваюсь на работу) понадобилось подготовить специалиста (специалистов) по микроконтроллерам и они решили подготовить меня.

Меня просили поискать подходящие курсы по изучению микроконтроллеров, каким образом можно пройти курсы у вас с оплатой от предприятия?

Ваше предприятие заключает со мной договор наобучение вас по определенной программе, которая указывается в договоре. Списать такое обучение на расходы предприятия удобнее, оформив его как «консультации по программному обеспечению». По запросу вышлю вам образец договора, оплата безналичным расчетом. Если у руководства предприятия будут вопросы по моим курсам, пусть пишут или вы пишите.

Как я понял, вы ведете курсы по изучению микроконтроллеров. У меня к вам вопрос, вы официально зарегистрированы и можете официально оформить курс обучения, оплату и по окончанию выдать документ, подтверждающий прохождение курса?

Я официально зарегистрирован как индивидуальный предприниматель.

С точки зрения законодательства я являюсь частным преподавателем (репетитором).

Выдавать документы государственного образца я не имею права. Это могут только образовательные учреждения.

Я хотел бы пройти обучение и изучить язык «С» для программирования микроконтроллеров проектирования радиолюбительских устройств, но не знаю какие микроконтроллеры выбрать: PIC ® или AVR ®

Сам язык «С» практически одинаков для разных микроконтроллеров.

Но в зависимости от используемого компилятора «С», его использование может отличаться.

Также существенно различается и архитектура микроконтроллеров PIC® и AVR® (регистры, настройка и работа периферийных устройств) .

Поэтому программирование для них требует изучения работы самого микроконтроллера, языка «С» и особенностей используемого компилятора. В связи с этим сделаны разные курсы для разныхмикроконтроллеров и компиляторов. Существенной разницы в процессе освоения программирования микроконтроллеров PIC® и AVR® по разным курсам нет (программы построены однотипно).

Если вы начинающий и хотите освоить программирование и PIC® и AVR® , то лучше освоить сначала один микроконтроллер и один компилятор (один курс). Потом вам будет проще освоить другой компилятор или другой тип микроконтроллера (пройдя другой курс). При одновременном изучении может возникнуть «каша» в голове и это не будет способствовать усвоению материалов.

Наиболее популярны курсы №18,34 для микроконтроллеров AVR® и №20 для микроконтроллеров PIC16® . Можете выбрать один из этих курсов.

1. Введение.................................................................................................................................

Цели курса. Основные разделы курса. ...............................................

Основные определения. Классификация МПК..................................

Классификация ОМК............................................................................

Основные архитектуры процессоров ОМК........................................

Классификация микропроцессорных систем.....................................

1.6. Гарвардская и Фон-Неймовская архитектура памяти

1.7. Общая структура микропроцессорного устройства для систем

управления.............................................................................................

Структура программного обеспечения МПУ..................................

2. Проектирование МПУ на основе периферийных ОМК...................................................

Основные особенности периферийных ОМК..................................

Семейства однокристальных PIC-контроллеров.............................

PIC-контроллер PIC16C58 .................................................................

Внутренняя структура контроллера PIC16C58................................

Схемы синхронизации PIC16C58......................................................

Организация памяти программ контроллера PIC16C58 (ПЗУ)......

2.7. Организация памяти данных (внутреннее ОЗУ контроллера

PIC16C58) ............................................................................................

Модуль таймера/счетчика контроллера PIC16C58..........................

Сторожевой таймер WDT контроллера PIC16C58..........................

Система команд контроллера PIC16С58 ..........................................

2.10.1. Команды работы с байтами................................................................................

2.10.2. Команды работы с битами PIC16C58 ................................................................

2.10.3. Команды передачи управления и работы с константами................................

2.10.4. Команды управления режимами работы контроллера PIC16C58 ..................

2.11. Влияние команд контроллера на биты-признаки результата (в

3.1. Основные технические характеристики и структура ОМК

К1816ВЕ51...........................................................................................

Назначение основных выводов БИС ОМК К1816ВЕ51 .................

Организация памяти данных контроллера ВЕ51.............................

Система команд ОМК К1816ВЕ51....................................................

Команды пересылки данных.................................................................................

Команды арифметических операций....................................................................

Команды работы с битами.....................................................................................

Команды передачи управления или переходов...................................................

Встроенный последовательный интерфейс ОМК...........................

Задание скорости передачи по последовательному интерфейсу...

Система прерываний ОМК ВЕ51 ......................................................

Механизм обслуживания прерываний ОМК....................................

Построение расширенных МП систем на основе ОМК ВЕ 51 ......

Дальнейшее расширение и развитие семейства ОМК MCS-51 .....

4. Принципы организации систем дискретного ввода-вывода в МПС..............................

Общая структура систем дискретного ввода-вывода.....................

Реализация селекторов адреса...........................................................

Реализация портов ввода-вывода......................................................

4.4. Программно-аппаратное обеспечение ввода дискретных

4.5. Обеспечение взаимодействия микропроцессорных устройств и

ЭВМ верхнего уровня.........................................................................

Средства взаимодействия МПУ с оператором................................

Жидкокристаллические индикаторные панели...............................

Совмещенные контроллеры клавиатуры и индикатора..................

5. Организация подсистем ввода/вывода аналоговых сигналов МПУ...............................

Вывод аналоговых сигналов..............................................................

Общая структура подсистемы ввода аналоговых сигналов...........

5.3. Основные типы АЦП, используемые в МПУ. Основные

5.6. Программно–аппаратная реализация АЦП последовательного

счета и последовательных приближений.........................................

Понятия о АЦП с дельта–сигма–модуляцией..................................

Устройство выборки хранения (УВХ)..............................................

6. Общие принципы использования 16-разрядных ОМК....................................................

Общая характеристика 16-разрядных ОМК.....................................

Основные технические характеристики ОМК SAB80C167 ...........

Внутренняя структура ОМК SAB80C167 ........................................

Организация памяти ОМК С167 .......................................................

Системный стек ОМК С167...............................................................

Способы адресации данных в ОМК С167 ........................................

Общая структура процессорного модуля С167 (CPU C167)..........

Особенности системы прерываний ОМК SAB80C167 ...................

Периферийный контроллер событий (PEC).....................................

6.13. Встроенный контроллер промышленной CAN-сети (CAN-

Тема 1.- 6 часов (у.з.-1) Введение.

Основные понятия и определения микропроцессорной техники. Понятие об архитектуре микропроцессорной системы. Классификация однокристальных микроконтроллеров (ОМК) и микропроцессоров. RISC-архитектура ОМК.

Основные типы МПСУ. Принципы построения и структура технических средств микропроцессорного контроллера (МПК). Основные этапы разработки

микропроцессорной системы. Цифровые сигнальные процессоры.

1. Введение

1.1. Цели курса. Основные разделы курса.

Обучение разработки аппаратных средств микропроцессорных устройств СУ на основе однокристальных микроконтроллеров (ОМК). Обучение навыкам программирования ОМК на языках низкого уровня.

Основные разделы курса:

1. Основные определения. Классификация микропроцессорных контроллеров (МПК).

2. Разработка микропроцессорных устройств на основе периферийных ОМК (PIC).

3. Разработка микропроцессорных устройств на основе универсальных 8- ми разрядных ОМК (MCS-51, К1816ВЕ51).

4. Особенности использования 16-разрядных ОМК.

5. Особенности построения подсистем ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов.

6. Построение подсистем взаимодействия с оператором и управляющими ЭВМ высших уровней.

Литература.

1. Сташин В.В. , Урусов А.В. и др. Проектирование цифровых устройств на ОМК. Москва, Энергоиздат, 1990г. 300 с.

2. Однокристальные микро-ЭВМ. Справочник. Под редакцией Боборыкина А.В., Москва, Бином,1994.

3. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. Москва, Радиосвязь,1989.

4. Предько М. Руководство по микроконтроллерам. Москва, Постмаркет, 2001.

5. ОМК фирмы Microchip PIC16C5X. Под редакцией Владимирова А.М. Рига, Ормикс, 1996.

6. Федоров Б.Э., Телец В.А. Интегральные схемы ЦАП и АЦП. Москва, Энергоатомиздат,1990г.

7. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Санкт-Петербург, БХВ 2000г.

1.2. Основные определения. Классификация МПК

Микропроцессор (МП) - функционально законченный процессор ЭВМ реализованный в виде одной или нескольких БИС и предназначен для обработки цифровой информации по заданным программам.

Микропроцессорный контроллер (МПК) – функционально законченная микро-ЭВМ, предназначенная для целей контроля и управления.

МПК может реализовываться на следующей элементной базе:

- однокристальных микропроцессорах (ОМП);

- секционных (многокристальных) МП;

- однокристальных микроконтроллерах (ОМК);

- сложных матричных программируемых логических схемах (ПЛИС, PLD, CPLD и др.).

ОМК – функционально законченный МПК, реализованный в виде одной СБИС (сверх-БИС).ОМК включает в состав: процессор, ОЗУ, ПЗУ, порты ввода/вывода для подключения внешних устройств, модули ввода аналогового сигнала АЦП, таймеры, контроллеры прерывания, контроллеры различных интерфейсов и т.д.

Простейший ОМК представляет собой БИС площадью не более 1см 2 и всего с восемью выводами.

1.3. Классификация ОМК

Различают:

1) Периферийные (интерфейсные) ОМК предназначен для реализации простейших МП систем управления. Имеют малую производительность

и малые габаритные размеры. В частности может использоваться периферийными устройствами ЭВМ (клавиатура, мышь и т.п.)

К ним относятся: PIC – Micro Chip, VPS – 42 (Intel).

2) Универсальные 8–разрядные ОМК предназначены для реализации МП систем малой и средней производительности.

Имеют простую систему команд и большую номенклатуру встроенных устройств. Основные типы: MSC – 51 (Intel)

Motorola HC05 – HC012 и др.

3) Универсальный 16–разрядный ОМК. Предназначен для реализации систем реального времени средней производительности. Структура и система команд нацелены на скорейшую реакцию на внешние события.

Наибольшее использование имеют в системах управления электродвигателями (мехатронные системы).

4) Специализированные 32–разрядные ОМК реализуют высокопроизводительную ARM архитектуру и предназначены для систем телефонии, передачи информации, телевидения и других, требующие высокоскоростной обработки информации.

К типовым 16–разрядным ОМК относятся: MSC96/196/296 (Intel), C161–C167 (Siemens, Infineon), HC16 Motorola и др.

5) Цифровые сигнальные процессоры (DSP – Digital Signal Processor) предназначен для сложной математической обработки измеряемых сигналов в режиме реального времени. Широко используются в

телефонии и связи.

Основные отличия DSP: повышенная разрядность обрабатываемых слов (16,32,64 бита) и высокая скорость в формате с плавающей точкой (16 flops).Производители: Texas Instruments (TMS 320 и др.), Analog Device (ADSP 2181 и др.).

1.4. Основные архитектуры процессоров ОМК

В современных ОМК применяются следующие архитектуры процессоров:

- RISC – (Reduce Instruction Set Commands) архитектура с сокращенным набором команд.

- CISC – (Complex Instruction Set Commands) традиционная архитектура с расширенным набором команд.

- ARM – (Advanced RISC - machine) усовершенствованная RISC архитектура.

Главная задача RISC архитектуры обеспечение наивысшей производительности процессора. Её отличительными чертами является:

- малое число команд процессора (несколько десятков);

- каждая команда выполняется за минимальное время (1-2 машинных цикла, такта).

- максимально возможное число регистров общего назначения процессора (несколько тысяч);

- увеличенная разрядность процессора (12,14,16 бит).

Современная RISC архитектура включает, как правило, только последние 3 пункта, т.к. за счет повешенной плотности компоновки БИС стало возможным реализовать большое количество команд.

В современных 32–разрядных ОМК используют ARM архитектуру (расширенная RISC архитектура с суперсокращением команд ТНUМВ).

1.5. Классификация микропроцессорных систем

МПС делят на три основных типа:

программно-логического управления (ПЛУ);

системы сбора и обработки информации (СОИ);

системы цифрового автоматического управления (ЦАУ).

Системы ПЛУ характеризуются тем, что все измеренные сигналыХ i и выданные на объект сигналы управленияY i имеют логический характер (да/нет, вкл/выкл).

{ 1или 0}

{ 1или 0}

i= 1,m

i= 1, n

Логические

сигналы управления

вычисляются в

МПУ программно,

выходные сигналы логических функций или

конечных логических аппаратов.

Системы СОИ предназначены для выполнения трех основных

- постоянный опрос и измерение сигналов с группы датчиков (датчики давления, температуры, тока и т.д.) находящихся на объекте

- первичная обработка измерений информации (устранение помех, преобразование формата данных и т.д.)

- сохранение блоков измеренной информации в памяти или передача её

на ЭВМ верхнего уровня (ЭВМ ВУ) Общая структура имеет вид:

Д1,…,Дn – датчики на ОУ.

НУ1,…,НУn – нормирующие устройства, преобразующие сигнал с датчиков в требуемый диапазон для измерения АЦП.

АК – аналоговый коммутатор, осуществляет подключение одного из датчиков к АЦП для измерения

Системы ЦАУ предназначены для организации с замкнутого контура управления объектом и реализует функции автоматического регулятора, заданного Z-передаточной функцией или разностным уравнением.

исполнительное

устройство;

задающее

СУ – согласующее устройство,

усиливающее

воздействие

требуемого ИУ.

ШИМ – широтно-импульсный

модулятор, используется для преобразования кода в аналоговый сигнал, путем модуляции ширины импульса.

Важную роль в системах ЦАП играют устройства отчета времени – таймера, они определяют интервал измерения и выдачи управляемых сигналов в системе.

1.6. Гарвардская и Фон-Неймовская архитектура памяти контроллера (ОМК)

Главными отличительными чертами Гарвардской архитектуры организации памяти контроллера является:

реализация в виде различных устройств памяти для программ и памяти для данных.

использование двух параллельно работающих независимых шин для чтения данных и команд.

Замечание : Объем ПД как правило значительно меньше объема ПП. Основные преимущества Фон-Неймоновской архитектуры:

простота аппаратной реализации

универсальность исполнения команд

В настоящее время используются обе архитектуры памяти: Гарвардская в несложных восьми - разрядных контроллерах, Фон-Неймоновская в универсальных 16разрядных и выше.

1.7. Общая структура микропроцессорного устройства для систем управления

устройства

СМ (СИСТАМНАЯ МАГИСТРАЛЬ)

Индикатор

Клавиатура

К ОБЪЕКТУ

следующий вид:

В микропроцессорных устройствах используются магистрально – модульная структура, т.е. к единой системной магистрали (СМ) подключены все основные блоки:

МПМ –микропроцессорный модуль реализуется на основе однокристального процессора или микроконтроллера.

СС –схема синхронизации, обеспечивает генерацию тактовой частоты процессора и сигнала «Сброс».

БФСМ –блок формирования системной магистрали, преобразует сигналы управления микропроцессора в сигналы шин системной магистрали.

БЗУ –блок запоминающих устройств, включает ОЗУ, ПЗУ, часто энергонезависимую память.

БОП –блок обработки прерывания от основных модулей микропроцессорного устройства.

БФИ –блок формирования времени интервалов, используется как для подсчета времени, так и для подсчета внешних импульсов; реализуется в виде таймера-счетчика.

СТ (WDT) –Watch Dog Timer-сторожевой таймер, предназначен для устранения аварийных зацикливаний программ микропроцессорного устройства.

УВВ АС –устройство ввода/вывода аналоговых сигналов, предназначенных для измерения и генерации напряжений различной амплитуды, как правило, находящейся в диапазоне 0…10 В. При этом как устройство ввода используется АЦП, а как устройство вывода аналогового сигнала ЦАП или ШИМ.

УВВ DC –устройство ввода/вывода дискретных сигналов, предназначенных для измерения и выдачи логических сигналов, как правило, ТТЛ-уровней.

БПС –блок последовательной связи, предназначен для приема и передачи информации из МПУ на ЭВМ ВУ, или на другое устройство. Представляет собой либо последовательный интерфейс, либо промышленную сеть.

ККИ –контроллер клавиатуры и индикаторов, предназначен для подключения к устройству клавиатуры и линейки семи сегментных или жидкокристаллических индикаторов.

БФИ –блок формирования интерфейса, предназначен для усиления сигналов СМ и выдачи их на разъем.

Определение. МПУ называется с открытой архитектурой, если сигналы СМ выдаются на разъем и могут быть использованы для подключения внешних устройств. Иначе-с закрытой архитектурой.

Иные периферийные устройства–в качестве них может быть использованы контроллеры различных последовательных и параллельных интерфейсов(для подключения приборов, внешней дисковой памяти, специальных устройств управления и т.д.).

Часто в промышленных МПУ используется накопители на «твердых» дисках. По сути дела это Flash-память, но с файловой организацией, как у диска.

Тема 2. - 2 часа (у.з.-2). Системное программное обеспечение (ПО) микропроцессорных систем.

Состав и структура ПО микропроцессорной системы. Общая структура и

основные функции управляющей программы “монитор”. Общая характеристика

тестовых процедур основных узлов микропроцессорного контроллера. Библиотеки стандартных прикладных программ.

1.8. Структура программного обеспечения МПУ

Программное обеспечение можно разбить на три основные части:

резидентное системное ПО

резидентное прикладное ПО

инструментальный кросс системы разработки ПО. Резидентное системное ПО включает:

операционные системы реального времени ОСРВ для МПУ (RTX, X11, QHS, LINUX,…). Основная функция ОСРВ - минимизация времени ответа прикладного ПО на внешние запросы, а также упрощение взаимодействия прикладных программ с основными узлами МПУ. В простейшем случае ОС реального времени может заменяться программой–монитором;

тестовые программные процедуры;

библиотеки прикладных подпрограмм, предназначены для упрощения написания прикладного программного обеспечения. Программа-монитор предназначена для упрощения взаимодействия с

пользователем через клавиатуру или последовательный интерфейс. К основным командам монитора относится:

просмотр и модификация ячеек памяти устройства (S-команды);

запуск программы с введенного адреса (G-команды);

просмотр и модификация портов ввода/вывода контроллера (I/O- команды);

пошаговое выполнение программы контроллера (J-команды) и т.д.Тестовые процедуры предназначены для поиска неисправностей и

проверке работоспособности основных узлов МПУ.

Стандартные библиотеки прикладных программ могут иметь различный состав в зависимости от области применения МПУ.

Инструментальные кросс системы разработки ПО представляют собой совокупность программ для инструментальной ЭВМ.

Замечание. Основным отличием ОС реального времени от универсальных ОС является то, что их главная цель-минимизация задержки для ответа на внешний запрос. Основная цель универсальных ОС - оптимальное распределение ресурсов ЭВМ при выполнении программ.

Людей, работающих с программной частью микроконтроллеров, редко причисляют к классическим разработчикам ПО. Всё дело в том, что помимо софтверных знаний, им требуются ещё кое-какие сведения об используемом железе. Многих программистов такие знания не касаются вовсе.

Плюс, разработчик приложений или сайтов всегда подсознательно стремится к триумфу. Создание уникального и популярного продукта является той отметкой, разделяющей карьеру на нормальную и успешную. А создавая программу для микроконтроллера, вы вряд ли будете думать об общественной оценке вашего вклада. Впрочем, давайте по порядку.

Возраст

Начнём с главного: когда уже (ещё) можно начать прокладывать свой путь в профессию? Ответ предсказуем: чем раньше, тем лучше. И изобилие специальных наборов для детей к этому располагает. Даже дело не в том, что с возрастом вам будет сложнее перестраиваться и обучаться этой дисциплине. Просто опыт, как и во многих других IT-профессиях, здесь играет решающее значение.

Но не всё так плохо. Всё же в России этот рынок не очень развит. Начав путь разработчика ПО для МК после 30, вы сможете сделать неплохую карьеру в какой-то одной сфере или конкретном месте деятельности. Если, конечно, не пытаться стать «многостаночником». Всегда бывают исключения, но многое зависит от вашей прошлой деятельности. Наверное, стоит принять во внимание, что даже 10 лет в этой профессии не впечатляют работодателя.

Знания

От пустых слов перейдём к реальным требованиям. «MustKnow» в программировании микроконтроллеров - язык C/C++. Да, мировые тенденции сейчас указывают на переход на более совершенные или хотя бы простые языки ( Arduino или D). Но это будущее довольно отдалённое, закладывать путь в него можно разве что сегодняшним школьникам младших классов.

Кроме того, будет очень полезным знание ассемблера. Это необходимо для пошагового отслеживания исполнения кода, чтобы избежать плавающих ошибок и неоправданных потерь в быстродействии.

В остальном довольно общая компьютерная наука: протоколы передачи, простейшее знание электроники и схемотехники (хотя бы принципы работы АЦП/ЦАП, работать с ключами, питанием и пр.), умение читать (и понимать) техническую документацию на английском языке. Но главное - не работать по принципу “научного тыка”, в противном случае ваши микроконтроллеры рискуют превратиться в “камни”.

Еще один совет: постигать все эти знания необходимо на практике. Начать можно с дешёвых, но эффективных готовых плат со всей необходимой обвязкой, вроде Arduino или Raspberry Pi, которые в будущем наверняка станут для вас хорошими помощниками. А уже потом, если возникнет желание, поиграть с периферией.

Литература

На прошлой неделе, подачи одного из пользователей GeekBrains, я всерьёз задумался над вопросом “Где можно пройти курсы по программированию микроконтроллеров?”, да и вообще о профильной литературе в целом (и это несмотря на профильное высшее образование и около 10 лет опыта работы). Дело не в том, что их не существует (есть и курсы , и книги), просто главный инструмент разработчика ПО для МК - техническая документация, поставляемая вместе с платформой.

Все универсальные книги могут описать отличия, преимущества и недостатки тех или иных микроконтроллеров, на что обратить внимание при написании кода, обучить “красоте” и основным принципам. Но огромный плюс и он же главный недостаток данной профессии - подробная индивидуальная инструкция по работе с каждым более-менее серьёзным контроллером.

Это означает, что абсолютно любой человек может взять, прочитать её и через несколько мгновений организовать стандартное мигание “светодиодами”. Но даже с 50 годами стажа вы не сможете сесть за незнакомый микроконтроллер и, не читая документацию, сделать с ним что-то полезное (придётся, как минимум взглянуть на расположение контактов и их назначение по умолчанию).

IDE

Как и у популярных направлений программирования, здесь также имеются собственные IDE. Каждая крупная компания выпускает собственную среду разработки для своих продуктов. Есть и универсальные решения. Стоит обратить внимание на Keil uVision - это такой универсальный и, пожалуй, наиболее популярный инструмент (хоть и не лучший) на все случаи жизни. Полный перечень можете найти .

Работа

Если вам действительно нравится идея программировать микроконтроллеры, создавая уникальные современные гаджеты, то найти вакансии себе по душе не составит труда. Люди данной профессии востребованы, причём как в стартапах, так и в крупных прогосударственных структурах, в том числе военных.

Финансово трудно придётся новичкам (до 1 года опыта): зарплата в районе 20 тыс. рублей в месяц для программиста МК. Это вполне реальная цифра в регионах. Зато если вы живёте в столице, у вас есть опыт работы с популярным видом МК (от 3 лет активной деятельности) и голова на плечах, то вполне можно рассчитывать и на 150 тыс. рублей в месяц. В целом, не сказать, что конкуренция за места у данных разработчиков высокая, но с течением времени она неизбежно растёт.

Опять же, для людей с опытом есть вариант поискать счастье за границей. Особенно если у вас уже есть опыт полноценной работы. Дело в том, что в России идея IoT пока не слишком развивается. Да и вообще автоматизация пока не затрагивает небольшие системы. А в США, Японии и других развитых странах хороший разработчик ПО для МК - на вес золота. Правда, придётся учитывать иной уровень конкуренции и серьёзные требования по производительности труда.

И кстати

В любом случае, прежде чем осознанно встать на эти рельсы, займитесь программированием МК в качестве хобби. Сделайте “умной” свою комнату или дом, повторите несколько экспериментов из , опубликуйте собственные достижения, посвятите этому делу мозги и душу. И если не возникнет ощущения “колхоза”, то... добро пожаловать в клуб!