Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Standardy komunikacji międzyukładowej w modułowych systemach wbudowanych
Course of study:
2014/2015
Code:
IET-1-606-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Kościelnik Dariusz (koscieln@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Kołodziej Jacek (jackolo@agh.edu.pl)
dr inż. Kościelnik Dariusz (koscieln@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Potrafi pracować w zespole projektantów, wykonując powierzony mu fragment zadnia projektowego zgodnie z przyjętymi założeniami. ET1A_W21, ET1A_W23 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
M_K002 Ma świadomość potrzeby zachowywania się w sposób profesjonalny. Potrafi w sposób zrozumiały i z odpowiedzialnością za słowo zredagować raport z wykonanego zadania ET1A_W21, ET1A_W23 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Activity during classes
M_K003 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych ET1A_W21, ET1A_W24 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
Skills
M_U001 Potrafi dobrać standard komunikacji międzyukładowej najwłaściwszy dla realizowanego zadania oraz zaplanować sposób adresowania i priorytetyzowania węzłów Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
M_U002 Potrafi przygotować oprogramowanie komunikacyjne dla wielomodułowego systemu wbudowanego, przetestować poprawność jego działania oraz wykryć i skorygować ewentualne błędy. Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
M_U003 Potrafi stworzyć schemat koncepcyjny, modułowy i elektryczny wielomodułowego systemu wbudowanego. ET1A_U01 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
Knowledge
M_W001 Zna zestaw najważniejszych standardów komunikacji międzyukładowaj wykorzystywanych w systemach wbudowanych. Zna przeznaczenie i ograniczenia poszczególnych standardów komunikacyjnych. Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
M_W002 Zna metody sygnalizowania i potwierdzania sygnałów przerwań oraz priorytetyzacji węzłów. Rozumie źródła i przyczyny powstawania opóźnień w reagowaniu systemu na zdarzenia zewnętrzne i wewnętrzne. Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
M_W003 Zna i rozumie zasady działania wybranych protokołów komunikacji międzyukładowej. Rozumie metody wybieranie kierunku transmisji, adresowania węzłów oraz oznaczania rodzaju transmitowanych danych. ET1A_W17, ET1A_W16 Completion of laboratory classes,
Execution of laboratory classes,
Execution of a project,
Activity during classes
M_W004 Zna i rozumie zasady przechodzenia ze schematu koncepcyjnego urządzenia na jego schemat modułowy, a następnie na schemat elektryczny. ET1A_W18, ET1A_W17 Activity during classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Potrafi pracować w zespole projektantów, wykonując powierzony mu fragment zadnia projektowego zgodnie z przyjętymi założeniami. - - - - - - - - - - -
M_K002 Ma świadomość potrzeby zachowywania się w sposób profesjonalny. Potrafi w sposób zrozumiały i z odpowiedzialnością za słowo zredagować raport z wykonanego zadania - - - - - - - - - - -
M_K003 Rozumie potrzebę i zna możliwości ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia swoich kompetencji zawodowych - - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi dobrać standard komunikacji międzyukładowej najwłaściwszy dla realizowanego zadania oraz zaplanować sposób adresowania i priorytetyzowania węzłów - - - - - - - - - - -
M_U002 Potrafi przygotować oprogramowanie komunikacyjne dla wielomodułowego systemu wbudowanego, przetestować poprawność jego działania oraz wykryć i skorygować ewentualne błędy. - - - - - - - - - - -
M_U003 Potrafi stworzyć schemat koncepcyjny, modułowy i elektryczny wielomodułowego systemu wbudowanego. - - - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna zestaw najważniejszych standardów komunikacji międzyukładowaj wykorzystywanych w systemach wbudowanych. Zna przeznaczenie i ograniczenia poszczególnych standardów komunikacyjnych. + - - - - - - - - - -
M_W002 Zna metody sygnalizowania i potwierdzania sygnałów przerwań oraz priorytetyzacji węzłów. Rozumie źródła i przyczyny powstawania opóźnień w reagowaniu systemu na zdarzenia zewnętrzne i wewnętrzne. + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie zasady działania wybranych protokołów komunikacji międzyukładowej. Rozumie metody wybieranie kierunku transmisji, adresowania węzłów oraz oznaczania rodzaju transmitowanych danych. + - + - - - - - - - -
M_W004 Zna i rozumie zasady przechodzenia ze schematu koncepcyjnego urządzenia na jego schemat modułowy, a następnie na schemat elektryczny. + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Magistrala międzyukładowa I2C – Inter-Integrated Circuit

    Metoda przechodzenia ze schematu koncepcyjnego urządzenia na schemat połączeń.
    Struktura połączeń tworzących magistralę I2C.
    Struktura interfejsów transmisyjnych.
    Podstawowy format transmisji.
    Mechanizmy potwierdzania i przerywania transmisji.
    Procedura zmiany kierunku transmisji.
    Sposoby i zasady adresowania węzłów magistrali I2C.
    Praca węzła w trybie sprzętowego Mastera – Hardware Master.
    Mechanizm dopasowywania prędkości transmisji.
    Mechanizm wykrywania i rozstrzygania kolizji – arbitraż.
    Programowa obsługa transmisji na magistrali I2C.
    Pamięci E2PROM z interfejsem magistrali I2C.
    Układ DS1629 – czujnik temperatury, zegar czasu rzeczywistego, pamięć RAM.

  2. Magistrala CAN – Controller Area Network

    Koncepcja systemu zorientowanego na wiadomości, a nie węzły.
    Struktura połączeń tworzących magistralę CAN.
    Kod transmisyjny.
    Struktura interfejsu transmisyjnego.
    Technika nadziewania bitami – bitstuffing.
    Rodzaje ramek transmisyjnych.
    Technika filtrowania wiadomości w odbiorniku.
    Mechanizm wykrywania i rozstrzygania kolizji.
    Błędy rozpoznawane przez nadawcę ramki.
    Błędy rozpoznawane przez pozostałe węzły systemu.
    Reagowanie węzłów na wykryte lub sygnalizowane błędy – system punktów karnych.
    Dozwolone stany węzła sieci CAN.
    Sygnalizowanie potrzeby chwilowego wstrzymania transmisji.
    Segmentacja czasu trwania pojedynczego bitu transmisyjnego.

  3. Magistrala jednoprzewodowa 1-Wire

    Sieci czujników budowane na bazie magistrali 1-Wire.
    Struktura połączeń tworzących magistralę 1-Wire.
    Struktura interfejsów transmisyjnych.
    Układy rodziny iButton.
    Podstawowy format transakcji.
    Identyfikator węzła – Lasered ROM.
    Format słowa transmisyjnego magistrali 1-Wire.
    Bit generowany przez układ Master.
    Szczelina czasowa odczytu bitu z układu Slave.
    Tryby zgłaszania przerwań przez układy Slave magistrali 1-Wire.
    Układ DS1990 – identyfikator ogólnego przeznaczenia.
    Układ DS1991 – klucz z pamięcią NVRAM zabezpieczoną hasłami.
    Układ DS1994 – pamięć NVRAM i system odmierzania czasu i odliczania zdarzeń.
    Bezpośrednie sprzęganie magistrali 1-Wire z portem UART (RS 232).
    Układ DS2480 – interfejs portu UART i magistrali 1-Wire.

  4. Magistrala urządzeń telekomunikacyjnych ST-BUS – Serial Telecom Bus

    Koncepcja interfejsu uniwersalnego dla podzespołów telekomunikacyjnych.
    System synchronizacji hierarchicznej – dwa tryby pracy interfejsów.
    Struktura ramki ST-BUS.
    Przykłady konstruowania bloków sieci ISDN na bazie magistrali ST-BUS.
    Tryby transmisji SPM – Single Port Mode i DPM – Dual Port Mode.
    Tworzenie łańcucha daisy w trybie SPM i DPM.
    Struktury kanałowe przyznawane pojedynczemu układowi w trybie SPM i DPM.
    Matryca komutacyjna współpracująca z magistralami ST-BUS.
    Praca matrycy w trybie komutacji – Switching Mode i komunikatów – Message Mode.
    Programowanie matrycy MT8980.
    Wielomodułowy system centralowy budowany w oparciu o magistralę ST-BUS.
    Technika tworzenia systemów wieloprocesorowych na bazie magistrali ST-BUS.

  5. Interfejs synchroniczny SPI – Serial Peripheral Interface

    Struktura systemu Single-Master i jej rozszerzenie do systemu Multi-Master.
    Typowe struktury interfejsów transmisyjnych magistrali SPI.
    Sposób łączenia układów Master i Slave w konfiguracji 4-przewodowe.
    Format transmisji z zatrzaskującym wiodącym zboczem zegarowym.
    Sposób łączenia układów Master i Slave w konfiguracji 3-przewodowe.
    Format transmisji z przesuwającym wiodącym zboczem zegarowym.
    Definiowane sposoby konfigurowania polaryzacji i fazy zegara transmisyjnego.
    Techniki komunikowania się z układami Slave w trybie pełnego dupleksu.
    Techniki komunikowania się z układami Slave w trybie półdupleksu.
    Komunikowanie się z układami Slave poprzez pojedynczą linię danych.
    System komunikacyjny z pojedynczym układem Master i wieloma układami Slave.
    System komunikacyjny z wieloma układami Master i Slave.
    Przejmowanie kontroli nad magistralą SPI.
    Przykład systemu priorytetów układów Master.
    Programowanie interfejsu SPI w mikrokontrolerach rodziny M68HC08.

  6. Magistrala Microwire

    Struktura systemu Single-Master bez możliwości rozszerzenia do wersji Multi-Master.
    Uproszczona struktura interfejsów transmisyjnych układów Master i Slave.
    Podstawowy sposób łączenia interfejsów transmisyjnych w konfiguracji 3+1-przewodowej.
    Pełna struktura interfejsów magistrali Microwire.
    Format transmisji z zatrzaskującym wiodącym zboczem zegarowym.

  7. Interfejs asynchroniczny SCI – Serial Communication Interface

    Interfejs RS-232C – Recommendet Standard.
    Zestaw sygnałów interfejsu RS-232C.
    Łączenie dwóch terminali w trybie modemu zerowego.
    Poziomy napięć sygnałów transmitujących.
    Typowy sposób realizowania konwertera napięć.
    Format słowa transmisyjnego.
    Proces fazowania asynchronicznego zegara odbiornika.
    Graniczne wartości odchyłki zegara odbiornika.
    Łączenie układów za pośrednictwem interfejsu SCI.
    Programowanie interfejsu SCI w mikrokontrolerach rodziny M68HC908.
    Konfigurowanie układu taktującego pracę nadajnika i odbiornika modułu SCI.
    Dostępne formatu słowa transmisyjnego.
    Błędy sygnalizowane przez odbiornik portu SCI.
    Wykorzystanie magistrali SCI do komunikacji w systemie wieloprocesorowym.
    Transmisja z wyróżnionym słowem adresowym.
    Transmisja z przerwami rozdzielającymi bloki danych.

  8. Bluetooth – bezprzewodowa sieć osobista

    Podstawowe parametry standardu Bluetooth.
    Typowe obszary zastosowań sieci klasy PAN.
    Zasady tworzenia miniaturowych sieci tymczasowych.
    Podstawowa komórka – Piconet i sieć Scaternet.
    Model warstwowy standardu Bluetooth.
    Warstwa fizyczna – rozpraszanie widma metodą FH-SS.
    Wyznaczanie sekwencji przeskoków po częstotliwościach.
    Transmisja ramek jedno- i wieloszczelinowych.
    Pole Access Code ramki transmisyjnej.
    Nagłówek ramki transmisyjnej – Header.
    Transmisja synchroniczna w trybie połączeniowym – SCO.
    Transmisja asynchroniczna – bezpołączeniowa – ACL.
    Rodzaje ramek wykorzystywanych do transmisji w trybie SCO.
    Dostępne rodzaje kodowania korekcyjnego – FEC.
    Rodzaje ramek wykorzystywanych do transmisji w trybie ACL.
    Parametry transmisji symetrycznej i asymetrycznej.
    Ramki sterujące pracą systemu.
    Proces poznawania i przywoływania urządzeń.
    Struktura pola danych ramki FHS.
    Stany pracy terminali sieci Bluetooth.

  9. Systemy lokalizacji globalnej GPS – Global Positioning Systems

    Wyznaczanie współrzędnych geograficznych na podstawie pomiaru kątów elewacji.
    Wyznaczanie współrzędnych na podstawie pomiaru odległości obiektu od satelitów.
    Parametry systemu NAVSTAR – Navigation Satellite Time and Ranging.
    Orbity satelitów systemu NAVSTAR.
    Kanały transmisyjne systemu NAVSTAR.
    Parametry kodów komunikacyjnych.
    Metoda wyznaczania czasu propagacji sygnału.
    Wpływ błędu zegarów satelity i odbiornika.
    Struktura depeszy nawigacyjnej.
    Zawartość almanachu systemu NAVSTAR.
    Środowiskowe źródła błędów systemu NAVSTAR.
    Różnicowy system GPS – Diferential GPS.
    Obszary zastosowań systemu GPS.

Laboratory classes:

W ramach przedmiotu prowadzone są zajęcia laboratoryjne, których celem jest rozszerzenie wiedzy przekazywanej podczas wykładów. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się na przygotowanych zestawach uruchomieniowych z 32 bitowymi procesorami. Zajęcia prowadzone są z wykorzystaniem środowisk IDE dla systemu Windows (MS Visual Studio, Eclipse) oraz Linux (Eclipse). Tematyka zajęć laboratoryjnych dotyczy programowania interfejsów komunikacyjne współczesnych mikrokontrolerów: niskopoziomowe procedury obsługi, porty urządzeń dla systemów operacyjnych. Zostaną także przestawione przykłady transmisji danych poprzez sieć GSM (SMS, GPRS) a także komunikacji przez sieć Ethernet: warstwa sprzętowa, metody implementacji typowych usług sieciowych (ping, DHCP, web serwer), stos TCP/IP, dedykowane systemy operacyjne.

Project classes:
-
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 90 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in laboratory classes 15 h
Participation in lectures 30 h
Contact hours 15 h
Completion of a project 30 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej (OK) jest uzyskanie pozytywnej oceny z umiejętności praktycznych w laboratorium oraz wykonanie projektu.
2. Obliczamy średnią ważoną (śr) z ocen za poszczególne ćwiczenia (60%) oraz projektu (40%).
3. Ocena końcowa wyznaczana jest na podstawie zależności:
jeżeli śr>=90%, to OK=5.0 w przeciwnym przypadku
jeżeli śr>=80%, to OK=4.5 w przeciwnym przypadku
jeżeli śr>=70%, to OK=4.0 w przeciwnym przypadku
jeżeli śr>=60%, to OK=3.5 w przeciwnym przypadku
jeżeli śr>=50%, to OK=3.0 w przeciwnym przypadku OK=2.0
4. Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium oraz projektu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5.

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw telekomunikacji i systemów transmisyjnych
Podstawowa wiedza na temat projektowania i właściwości układów elektronicznych
Podstawowa wiedza z zakresu przetwarzania sygnałów

Recommended literature and teaching resources:

1. Bogusz J., Lokalne interfejsy szeregowe, BTC, Warszawa 2004
2. Hadam P., Projektowanie systemów mikroprocesorowych, BTC Warszawa 2004
3. Mielczarek W., Szeregowe interfejsy cyfrowe, Helion, Gliwice 1993
4. Piotr Metzger – Anatomia PC. Helion, 2009
5. ZigBee Alliance standard Documentation – www.zigbee.org
6. Brent A. Miller, Chatschik Bisdikian – Bluetooth, Helion, 2003

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None