1. Educación

GUÍA DOCENTE DE LA
ASIGNATURA
2014
07/02/15
Página 1 de 6
Vicerrectorado de Ordenación Académica
DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA
Grado/Máster en:
Centro:
Asignatura:
Código:
Tipo:
Materia:
Módulo:
Experimentalidad:
Idioma en el que se imparte:
Curso:
Semestre:
Nº Créditos
Nº Horas de dedicación del estudiante:
Nº Horas presenciales:
Tamaño del Grupo Grande:
Tamaño del Grupo Reducido:
Página web de la asignatura:
Graduado/a en Ingeniería de Tecnologías de Telecomunicación por la Universidad de Málaga
Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación
Diseño con Sistemas Empotrados
308
Obligatoria
UNOB- Sistemas Digitales
Materias Obligatorias de Universidad
69 % teórica y 31 % práctica
Castellano
3
2
6
150
60
72
30
EQUIPO DOCENTE
Departamento: TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
Área:
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
Nombre y Apellidos
Mail
Teléfono Laboral
Despacho
Horario Tutorías
Coordinador/a: IGNACIO
ALEJANDRO HERRERO
REDER
JOSE MANUEL CANO
GARCIA
[email protected]
952137160
[email protected]
952137176
1.2.26 - E.T.S.I. DE
TELECOMUNICACIO
NES
1.2.46 - E.T.S.I. DE
TELECOMUNICACIO
NES
Primer cuatrimestre: Lunes 08:30 - 09:30, Lunes
09:30 - 14:30 Segundo cuatrimestre: Martes
08:30 - 11:30, Jueves 11:50 - 14:50
Primer cuatrimestre: Viernes 11:45 - 13:45,
Martes 10:45 - 11:45, Miércoles 16:00 - 19:00
Segundo cuatrimestre: Martes 18:30 - 21:30,
Lunes 12:00 - 14:00, Viernes 12:00 - 13:00
RECOMENDACIONES Y ORIENTACIONES
Aunque la memoria verifica no establece requisitos previos, para alcanzar los objetivos especificados es recomendable que el alumnado conozca, de
forma previa a la realización de la asignatura, los principios básicos de programación de computadores, y de diseño con micocontroladores, materias
que se deben haber estudiado en cursos previos en las asignaturas:
- Programación I (primer curso, primer cuatrimestre)
- Programación II (primer curso, segundo cuatrimestre)
- Microcontroladores (segundo curso, segundo cuatrimestre)
CONTEXTO
Un alto porcentaje de aplicaciones de sistemas digitales programables actuales se clasifican dentro del grupo de los denominados Sistemas
Empotrados. Estos sistemas presentan unas características especiales que los diferencian de otros tipo de sistemas digitales y programables, y que
determinan una orientación especial tanto en el tipo de dispositivos hardware que los integran, como en las estrategias y técnicas de programación
del software que ejecutan.
Por ese motivo, es necesario que el futuro ingeniero sea capaz de reconocer una aplicación electrónica como sistema empotrado, a partir de su
especificación; y conozca los aspectos hardware y software que debe emplear para afrontar el diseño de este tipo de sistemas. Además es importante
que los estudiantes hayan experimentado, al menos de forma introductoria, la realización práctica de pequeñas aplicaciones empotradas, lo cual les
permitirá conocer los problemas y retos que tendrán que afrontar en una posible carrera profesional en este campo. Por todo ello se ha tratado de dar
una orientación eminentemente práctica a esta asignatura. Dentro de este enfoque se
pretente también que el alumno se ejercite en el manejo de herramientas de desarrollo y documentación profesionales.
COMPETENCIAS
1
Competencias generales y básicas (Competencias generales de grados en RD 1393/2007)
2
GENERA Todas la competencias generales de grados del RD 1393/2007: G01-G08.
LES_GR
ADO
Competencias generales y básicas (Competencias generales para Ingeniero Técnico de Telecomunicación en Orden CIN/352/2009)
GUÍA DOCENTE DE LA
ASIGNATURA
2014
07/02/15
Página 2 de 6
Vicerrectorado de Ordenación Académica
2
Competencias generales y básicas (Competencias generales para Ingeniero Técnico de Telecomunicación en Orden CIN/352/2009)
G-11
9
Conocimiento de materias básicas y tecnologías, que le capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y
tecnologías, así como que le dote de una gran versatilidad para
G-12
Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, y de comunicar y transmitir
conocimientos, habilidades y destrezas, comprendiendo la responsabilidad ética y profesional de la actividad del
Ingeniero Técnico de Telecomunicación.
G-13
Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones,peritaciones, estudios,
informes, planificación de tareas y otros trabajos análogos en su ámbito específico de la telecomunicación.
G-17
Capacidad de trabajar en un grupo multidisciplinar y en un entorno multilingüe y de comunicar, tanto por escrito
como de forma oral, conocimientos, procedimientos, resultados e ideas relacionadas con las telecomunicaciones y
la electrónica.
Competencias específicas (Competencias especificas adicionales de la Unviersidad)
Capacidad de análisis y diseño de sistemas basados en microprocesadores para aplicaciones de comunicación y
GENUNOB.e- transmisión de datos. Aptitud para de realizar la especificación, implementación, documentación y puesta a punto
3
de aplicaciones basadas en sistemas empotrados.
CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA
Introducción
TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS EMPOTRADOS. Definiciones. Características y campos de aplicación (procesado señal, bajo
consumo,..). Ejemplos. Tipos de sistemas empotrados: basados en microcontroladores y basados en microprocesadores. Concepto de System on
Chip (SoC). Programación y desarrollo de aplicaciones para sistemas empotrados basados en microcontroladores y microprocesadores. Gestión
de la concurrencia, multitarea y tiempo real en sistemas empotrados. Introducción a la familia de microcontroladores y microprocesadores ARM
Cortex.
Sistemas empotrados basados en microcontroladores
TEMA 2: ARQUITECTURA ARM CORTEX M. Configuración típica de un microcontrolador con arquitectura Cortex-M. Ejemplos comerciales.
Arquitectura de la CPU. Introducción al entorno de ejecución y aspectos más relevantes del modelo de programación. Controlador de
interrupciones y gestión de las excepciones. Soporte de RTOS. Estudio de un microcontrolador específico con arquitectura cortex-M. Periféricos
integrados e interfaces (GPIO,UART, I2C, SPI, USB). Sistema de desarrollo y herramientas.
TEMA 3: DESARROLLO DE APLICACIONES PARA SISTEMAS EMPOTRADOS BASADOS EN MICROCONTROLADORES. Aspectos del
desarrollo de aplicaciones para sistemas empotrados basados en microcontroladores. Introducción a la abstracción hardware, Programación
mediante HAL. El estándar CMSIS. Ejemplos de HAL para microcontroladores ARM Cortex comerciales. Programación orientada a eventos y
programación multihilo basada en RTOS. Introducción al sistema operativo de tiempo real FreeRTOS: kernel, características generales y
parámetros de configuración. Creación de una aplicación con FreeRTOS: Creación y gestión de tareas. Mecanismos de sincronización y
comunicación entre procesos en FreeRTOS. Gestión de interrupciones y excepciones en FreeRTOS.
PROYECTO PRÁCTICO: implementación de una aplicación con un sistema empotrado basado en microcontrolador.
Sistemas empotrados basados en microprocesadores
TEMA 4: SISTEMAS EMPOTRADOS BASADOS EN MICROPROCESADORES. Introducción a los sistemas empotrados basados en
microprocesadores (SEBM). Estructura típica y diagrama de bloques de un SEBM. Ejemplos de diseños comerciales y aplicaciones. La famila
ARM Cortex A. Estudio de un microprocesador específico para sistemas empotrados con arquitectura Cortex-A: Diagrama de bloques. Buses
Internos. Caché, niveles de memoria. Interfaces de interconexión con memoria (RAM y ROM). Controlador y mapa de memoria. Virtualización de
memoria. MMU. Soporte de Sistemas operativos. Conexión con periféricos externos.
TEMA 5: LINUX PARA SISTEMAS EMPOTRADOS. Introducción al uso de Linux en SEBM: necesidad y ventajas frente a otras alternativas.
Arquitectura y componentes básicos del sistema: Bootloader, kernel, toolchain y sistema de ficheros raiz. Herramientas de construcción (Buildroot,
openEmbedded,Yocto..). Proceso de generación/construcción e instalación. Interfaz de programación. Interfaz a periféricos: ficheros de
dispositivos. Módulos del kernel. Sistema de desarrollo y herramientas.
PROYECTO PRÁCTICO: implementación de una aplicación para un sistema empotrado basado en microprocesador
ACTIVIDADES FORMATIVAS
Actividades Presenciales
Actividades expositivas
Lección magistral
Lección magistral
Lección magistral
Actividades prácticas en aula docente
GUÍA DOCENTE DE LA
ASIGNATURA
2014
07/02/15
Página 3 de 6
Vicerrectorado de Ordenación Académica
Actividades Presenciales
Actividades prácticas en aula docente
Actividades de diseño
Actividades prácticas en instalaciones específicas
Prácticas en laboratorio
Actividades No Presenciales
Actividades prácticas
Estudios de casos
Estudios de casos
Realización de diseños
Desarrollo y evaluación de proyectos
Estudio personal
Estudio personal
ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN
RESULTADOS DE APRENDIZAJE / CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Tras cursar la asignatura los estudiantes deberán:
- ser capaces de reconocer, a partir de las especificaciones de una aplicación, cuando se debe afrontar el diseño de la mismas según las técnicas y
requerimientos propios de los sistemas empotrados.
- conocer la arquitectura de microprocesadores y microcontroladores ARM Cortex A y M, y sus características.
- conocer cuales son las características que debe presentar el hardware asociado a este tipo de sistemas, para responder a los requerimientos y
necesidades propios de los sistemas empotrados.
- conocer las técnicas y arquitecturas de programación empleadas en el diseño software de los Sistemas empotrados, como la programación
orientada a multitarea; el uso de Sistemas Operativos de apoyo; o la programación a través de capas de abstracción hardware.
- manejar la documentación técnica de los microcontroladores y microprocesadores empleados, así como la documentación de referencia asociada a
las herramientas de desarrollo utilizadas, tales como librerias de programación de microcontroladores y sistemas operativos de apoyo.
- ser capaces de diseñar pequeñas aplicaciones de sistemas empotrados a partir de sistemas de desarrollo y evaluación.
- saber manejar los entornos de desarrollo utilizados en el diseño de sistemas empotrados.
Dichos resultados de aprendizaje se evalúan:
- En grupo, a través de dos prácticas entregables que se corrigen según unos criterios públicos acordados de antemano; y mediante la evaluación
continua del desempeño del alumnado durante la realización de las prácticas en el laboratorio (grupo reducido) y los ejercicios propuestos en la clase
(grupo grande).
- Individualmente, mediante exámenes finales que evalúan, por un lado, los aspectos más resultados más prácticos del aprendizaje y, por otro, los
más teóricos.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
En cada convocatoria existe un procedimiento de evaluación diferente:
A. PRIMERA CONVOCATORIA ORDINARIA
La evaluación de la asignatura, en la convocatoria de Junio (1era ordinaria), consta de 2 componentes:
A1. Evaluación continua (40% de la nota)
- Se deberán entregar, a lo largo del curso, dos trabajos/grupos de prácticas relacionados con las dos partes principales de la asignatura:
A1a. Diseño de una aplicación empotrada en un microcontrolador (30%). Para ello se usará un kit de desarrollo ARM Cortex-M, y el sistema
operativo FreeRTOS. Previamente se realizarán diversos ejercicios y ejemplos relacionados con la programación del Cortex-M presente en el sistema
de desarrollo, y con el SO FreeRTOS.
A1b. Sistemas empotrados en SoC (10%). Las prácticas se centrarán en la adaptación, construcción, e integración de un SO Linux empotrado, en
una plataforma de desarrollo basada en microprocesadores de altas prestaciones.
La evaluación de esta parte dependerá del correcto funcionamiento de las aplicaciones desarrolladas, y de una entrevista individual en la que el
estudiante deberá explicar los aspectos básicos del diseño, responder a las cuestiones planteadas, y realizar algunas modificaciones sobre el diseño.
La evaluación de cada práctica se realizará al finalizar el bloque teorico/práctico correspondiente a cada parte.
A2. Evaluación final (60% de la nota)
GUÍA DOCENTE DE LA
ASIGNATURA
2014
07/02/15
Página 4 de 6
Vicerrectorado de Ordenación Académica
La evaluación final consistirá en un examen teórico/práctico sobre la materia de la asignatura. En dicho examen se permitirá el uso de
documentación, emulando la forma real de trabajo de un ingeniero de diseño. El examen se realizará en la fecha y hora indicada por el Centro en el
calendario de exámenes de la convocatoria.
Para aprobar la asignatura se deberá puntuar un mínimo de 3 sobre 10, en cada parte de la evaluación continua; alcanzar un nota mínima de 3 sobre
10 puntos en el examen final; y obtener, tras sumar todos los componentes de la nota, una nota final mínima de 5.
B. SEGUNDA CONVOCATORIA ORDINARIA
La evaluación de la asignatura, en la convocatoria de Septiembre (2ª ordinaria), consta, también, de 2 componentes:
B1. Evaluación continua (40% de la nota)
- Se mantendrá la nota de la evaluación continua obtenida por el alumno a lo largo del curso (ver "Evaluación de Junio).
- Si el alumno no realizó o aprobó las prácticas obligatorias, se le propondrá un nuevo diseño alternativo para que lo realice de forma autónoma.
Deberá entregarla a los profesores con unos días de antelación a la fecha del examen final, teniendo que explicar su diseño, responder a las
cuestiones del profesor, y realizar las modificaciones indicadas, de manera similar a la convocatoria de Junio.
Por motivos logísticos, el alumno deberá contar con material PROPIO para la realización de las prácticas fuera del horario lectivo.
B2. Evaluación final (60% de la nota)
La evaluación final consistirá en un examen teórico/práctico sobre la materia de la asignatura. En dicho examen se permitirá el uso de documentación,
emulando la forma real de trabajo de un ingeniero de diseño. El examen se realizará en la fecha y hora indicada por el Centro en el calendario de
exámenes de la convocatoria.
Para aprobar la asignatura se deberá superar una nota mínima de 3 sobre 10 puntos en la parte de evaluación continua; de 3 sobre 10 en el examen
final, y obtener, tras sumar todos los componentes de la nota, una nota final mínima de 5.
C. CONVOCATORIAS EXTRAORDINARIAS
Debido precisamente a su carácter extraordinario, que hace imposible la realización de una evaluación continua, las convocatorias extraordinarias de
repetidores y fin de estudios tendrán la siguiente normativa de evaluación:
C1. Evaluación(100% de la nota)
Consistirá en un examen teórico y otro práctico sobre la materia de la asignatura. En dicho examen se permitirá el uso de documentación, emulando
la forma real de trabajo de un ingeniero de diseño. Este examen tendrá una componente práctica mucho mayor que el examen final correspondiente
de las convocatorias ordinarias, para compensar la falta de una evaluación continua.
El examen se realizará en la fecha y hora indicada por el Centro en el calendario de exámenes de la convocatoria.
D. CALIFICACIÓN DE MATRÍCULA DE HONOR
La calificación de "Matrícula de Honor" se otorgará a los alumnos que hayan obtenido las mejores calificaciones, siempre que sean mayores o iguales
a 9 puntos y que en el proceso de evaluación no hayan manifestado fallos conceptuales graves. Su número no podrá exceder del 5% de los alumnos
matriculados en la materia en el correspondiente curso académico, salvo que el número de alumnos matriculados sea inferior a 20, en cuyo caso sólo
se podrá conceder una "Matrícula de Honor".
E. ALUMNADO A TIEMPO PARCIAL Y DEPORTISTAS DE ALTO NIVEL.
La asistencia a clase no se considerar un requisito obligatorio para superar la asignatura. Los procedimientos de evaluación para el alumnado a
tiempo parcial y deportistas de alto nivel, será los mismos que los del alumnado a tiempo completo, exceptuando las fechas de entrega de las
prácticas correspondientes a la evaluación continua, cuyos plazos se flexibilizarán. Se recomienda que el alumno que se encuentre en estas
circunstancias se ponga en contacto con los profesores para acordar un calendario de entregas.
BIBLIOGRAFÍA Y OTROS RECURSOS
Básica
ARM Optimizing Code Composer Studio C/C++ Compiler.; Texas Instruments
ARMv7 Architecture Reference Manual; ARM; 2008; en http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ddi0406b/index.html
BeagleBone Black Software Support. BeagleBoard.org 2013; en http://www.elinux.org/BeagleBoard:BeagleBoneBlack
BeagleBone Black System Technical Reference Manual. BeagleBoard.org 2013; en https://github.com/CircuitCo/BEagleBoneBlack/blob/master/BBB_SRM.pdf
Building Embedded Linux Systems; K. Yaghmour; 9780596002220; O'Reilly; 2003
The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3 (2nd edition); J. Yiu; 9781856179638; Newnes (Elsevier); 2010; Oxford
TIVA C Series TM4C123G Launchpad Evaluation Kit User's Manual; Texas Instruments; 2013; en http://www.ti.com/lit/pdf/spmu296
TIVA® Peripheral Driver Library User's Guide; Texas Instruments; 2013; en http://www.ti.com/lit/pdf/spmu298
Using the FreeRTOS Realtime Kernel; R. Barry; 2009; en http://www.freertos.org
Complementaria
Cortex-A8 Technical Reference Manual; ARM; 2008; en http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0344-/
GUÍA DOCENTE DE LA
ASIGNATURA
2014
07/02/15
Página 5 de 6
Vicerrectorado de Ordenación Académica
Cortex-M4 Technical Reference Manual; ARM; 2010; en http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ddi0439Embedded Software, Know it all; A. Labrosse; 9780080552026; Newnes (Elsevier); 2008
Embedded Systems: World Class Design; J. Ganssle; 9780750686259; Newnes (Elsevier); 2008
Linux Device Drivers, Third Edition; J. Corbet, A. Rubini, G. Kroah-Hartman; 9780596005900; O'Reilly; 2004
OMAP Linux PSP; Texas Instruments; 2009; en http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=sprabf6&fileType=pdf
The Definitive Guide to the ARM Cortex-M0; J. Yiu; 9780750685344; Newnes (Elsevier); 2011
TIVA TM4C123GH6PM Microcontroller Data Sheet and Technical Reference; Texas Instruments; 2012; en www.ti.com/lit/gpn/tm4c123gh6pm.pdf
uC/OS-II The realtime kernel; A. Labrosse; 9781578201037; 2001
Unix Network Programming, Volume 2, Interprocess Communications; R. Stevens; 9780139498763; Prentice Hall; 1999
DISTRIBUCIÓN DEL TRABAJO DEL ESTUDIANTE
ACTIVIDAD FORMATIVA PRESENCIAL
Descripción
Horas
Lección magistral
10
Prácticas en laboratorio
19
Actividades de diseño
19
Lección magistral
10
Lección magistral
2
TOTAL HORAS ACTIVIDAD FORMATIVA PRESENCIAL 60
ACTIVIDAD FORMATIVA NO PRESENCIAL
Descripción
Horas
Realización de diseños
11
Desarrollo y evaluación de proyectos
11,2
Estudio personal
40
Estudios de casos
8
Estudios de casos
4,8
TOTAL HORAS ACTIVIDAD FORMATIVA NO PRESENCIAL 75
TOTAL HORAS ACTIVIDAD EVALUACIÓN 15
TOTAL HORAS DE TRABAJO DEL ESTUDIANTE 150
Grupo grande Grupos reducidos