plan de cours : gif-3002 - PIXEL

PLAN DE COURS Automne 2010
GIF-3002 82790 - Systèmes microprocesseurs et interfaces
Informations générales
Crédits : 4
Temps consacré : 3-3-6
Mode d'enseignement : Présentiel
Site Web : http://gif3002.gel.ulaval.ca
Intranet Pixel : https://pixel.fsg.ulaval.ca
Enseignant(s) : Tremblay, Étienne [email protected]
Responsable : à déterminer
Description sommaire
Ce cours traite de l'analyse et de la conception de systèmes numériques utilisant la logique
programmable, les microprocesseurs et les circuits d'interfaces configurables. L'étudiant apprendra à
développer des systèmes basés sur microprocesseurs et circuits d'interface et à maîtriser la
méthodologie du développement de logiciel d'applications industrielles et l'exploitation d'un langage
approprié. Le contenu du cours comprend: historique des microprocesseurs: la famille Motorola
68000. Architecture d'un microprocesseur: (68000) interface, registres internes, modèle de
programmation, modes d'adressage, jeu d'instructions, mémoire et entrées-sorties, les exceptions.
Méthodologie de développement logiciel: cross-assembleur 68000 et cross-compilateur C 68000,
ordinateur Micro-Link sur bus STD. Systèmes à microprocesseurs: mémoires, entrées-sorties, bus,
interfaces. Systèmes d'analyse et de développement: analyseur logique et émulateur.
Liens avec le(s) programme(s)
Ce cours participe à la poursuite des objectifs suivants :
connaître les technologies pertinentes aux divers champs d'application du génie électrique;• exploiter les connaissances acquises pour la conception et la réalisation de systèmes dans les
différents champs d'application du génie électrique.
•
acquérir une dextérité de base dans la manipulation d'appareils et l'assemblage de dispositifs et
être capable d'encadrer le personnel technique qui en a la charge;
•
connaître et exploiter la technologie électronique, en étant en mesure d'apprécier ses
fondements physiques;
•
développer l'ouverture sur des champs d'applications tels que la fabrication de matériel
d'ordinateur, la conception de logiciels complexes, la commande industrielle, la conception et
•
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la fabrication assistées par ordinateur, l'instrumentation et la mesure, les systèmes intelligents,
le multimédia, la réalité virtuelle ou encore les communications numériques;
faire preuve de soin et de dextérité dans la mise en forme de prototypes et de réalisations et
être capable d'encadrer le personnel technique qui en a la charge.
•
connaître et exploiter les fondements de la dynamique des systèmes en général et de
l'architecture et de l'organisation des systèmes informatiques en particulier;
•
Liens avec le(s) programme(s)
Ce cours participe à la poursuite des objectifs suivants :
connaître les technologies pertinentes aux divers champs d'application du génie électrique;• exploiter les connaissances acquises pour la conception et la réalisation de systèmes dans les
différents champs d'application du génie électrique.
•
acquérir une dextérité de base dans la manipulation d'appareils et l'assemblage de dispositifs et
être capable d'encadrer le personnel technique qui en a la charge;
•
connaître et exploiter la technologie électronique, en étant en mesure d'apprécier ses
fondements physiques;
•
développer l'ouverture sur des champs d'applications tels que la fabrication de matériel
d'ordinateur, la conception de logiciels complexes, la commande industrielle, la conception et
la fabrication assistées par ordinateur, l'instrumentation et la mesure, les systèmes intelligents,
le multimédia, la réalité virtuelle ou encore les communications numériques;
•
faire preuve de soin et de dextérité dans la mise en forme de prototypes et de réalisations et
être capable d'encadrer le personnel technique qui en a la charge.
•
connaître et exploiter les fondements de la dynamique des systèmes en général et de
l'architecture et de l'organisation des systèmes informatiques en particulier;
•
Objectifs
À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de :
Analyser, d'effectuer le design et de développer des systèmes basés sur microprocesseurs et
circuits d'interfaces.
•
Connaître la technologie contemporaine en la matière.•
Maîtriser la méthodologie de développement de logiciel d'applications industrielles, et
l'exploitation d'un langage approprié.
•
Contenu
Historique des microprocesseurs (2 h) : Microprocesseurs, microcontrôleurs et microordinateurs.
Évolution et architectures. La famille Motorola. Intel. Zilog, Atmel, AVR, ARM.
Architecture d'un microprocesseur (8 h) : Interface. Registres internes. Modèle de programmation.
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Modes d'adressage. Jeu d'instructions. Mémoire et entrées-sorties. Les exceptions. Architecture et
réductions du temps d'exécution des instructions (architecture Harvard, pipeline, caches, processeur
scalaire, instructions spéciales…).
Développement de logiciel embarqué (11 h) :
- Compilation et édition de lien : Assembleur et langages de haut de niveau, directives, disposition
des variables et du code en mémoire, optimisations du compilateur.
- Gestion du temps de CPU : tâche unique et interruptions, changement de contextes, tâches en
machine d'états, système d'exploitation, système d'exploitation temps réel.
- Gestion de la mémoire : taille de mémoire, piles, mémoire allouée dynamiquement, adresses de
mémoire, démarrage du système, (re)localisation des programmes.
- Gestion des entrées/sorties: accès aux périphériques par registres ou adresses, temps d'accès aux
périphériques, service des périphériques, contrôle d'accès à partir de différents contextes, périphérique
et système d'exploitation.
- Exemples de programmes.
Systèmes à microprocesseur (10 h) :
- Alimentation et horloge : horloge interne/externe, oscillateurs et cristal, PLL, tension(s)
d'alimentation, fréquence d'horloge, consommation des microprocesseurs et modes d'opération,
gestion des fautes d'alimentation.
- Mémoires : Description, bus d'accès, données et instructions, décodage d'adresse, mémoires
statiques et dynamiques, chronogrammes, temporisation, mémoires non volatiles ("Flash", EEProm,
FRAM), mémoires séries et mémoires parallèles, gestion de la mémoire, accès-mémoire versus jeu
d'instruction, temps d'accès, mémoire interne/externe, mémoire à accès multiples et banques de
mémoire, unité d'accès à la mémoire, translation d'adresses et protection de la mémoire.
- Entrées/Sorties : bus d'accès aux périphériques, adresses et ports de périphériques, méthodes
d'accès aux entrées sorties (accès directs, interruptions, DMA)
- Périphériques: LEDs et boutons, clavier, interfaces graphiques, “timers”, interfaces séries
(RS232, SPI, I2C…), interfaces parallèles, PWM, ADC/DAC, USB, Ethernet, Firewire, CAN…
Production de systèmes à microprocesseur et environnement (2 h) : Circuits imprimés, procédés
de production, durée de vie du produit (MTBF, MTTR), consommation d'énergie, Energy Start,
RoHS, WEEE, EPEAT, recyclage de composantes.
Système d'analyse et de développement (4 h) : Environnement de développement intégré (IDE),
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Analyseur logique, déverminage en temps réel (exemple : JTAG), émulateurs. Méthodes de
programmation de la mémoire.
Consignes sur les travaux
Les travaux pratiques sont effectuées sur un kit d'évaluation EK-LM3S9B92. Les outils de
développement logiciel (assembleur, compilateur C) sont supportés par le réseau départemental
d'IBM-PC.
L'écriture, l'assemblage ou la compilation des programmes se font sur IBM-PC. Les essais des
programmes et du matériel se font sur les kits d'évaluation.
Modalités sur les laboratoires
Tous les laboratoires se font seul ou en équipe de deux.
Déroulement du cours
Ce cours comporte trois heures d'exposés magistraux et des travaux à réaliser sur ordinateur et sur des
postes de développement. Des rapports de ces travaux doivent être remis.
Détails sur les modalités d'évaluation
L'évaluation est faite à partir de deux examens écrits, des rapports des travaux pratiques et de l'examan
de laboratoire. Les notes de cours, les volumes de références et les calculatrices sont permis aux
examens. La répartition des points est comme suit : le premier examen est de 35 %, le second
examen 40 %, 20% pour les travaux pratiques et 5 % pour l'examen de laboratoire.
Échelle des cotes (cycle 1)
Échelle des cotes
A+ [ 90.00 - 100 ] A [ 86.00 - 89.99 ] A- [ 82.00 - 85.99 ] Réussite
B+ [ 78.00 - 81.99 ] B [ 76.00 - 77.99 ] B- [ 72.00 - 75.99 ] Réussite
C+ [ 68.00 - 71.99 ] C [ 64.00 - 67.99 ] C- [ 60.00 - 63.99 ] Réussite
D+ [ 56.00 - 59.99 ] D [ 50.00 - 55.99 ] Réussite
E [ 0.00 - 49.99 ] Échec
X Abandon sans échec
(dans les délais prévus)
Bibliographie
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Obligatoire :
Notes de cours et la documentation reliée au kit d'évaluation EK-LM3S9B92.
Optionnel :
"Embedded Systems. A Contemporary Design Tool. ", James K. Peckol, John Wiley & Sons Inc.,
2008, ISBN 978-0-471-72180-2
Modalités d'évaluation
Examen Date Heure
Pondération
de
la note
finale
Document(s) autorisé(s)
Examen 1 Jeudi 21 octobre
2010 13h30 à 15h20 35.00% Aucun
Examen 2 Jeudi 16 décembre
2010 13h30 à 15h20 40.00% Aucun
Travail Équipes Date Heure Pondération de la note
finale
Laboratoire 1 1 à 2 Jeudi 9 septembre 2010 17h00 2.00%
Laboratoire 2 1 à 2 Jeudi 16 septembre 2010 17h00 2.00%
Laboratoire 3 1 à 2 Jeudi 30 septembre 2010 17h00 3.00%
Laboratoire 4 1 à 2 Jeudi 14 octobre 2010 17h00 3.00%
Laboratoire 5 1 à 2 Jeudi 4 novembre 2010 17h00 3.00%
Laboratoire 6 1 à 2 Jeudi 11 novembre 2010 17h00 2.00%
Mini projet 1 à 2 Jeudi 9 décembre 2010 21h00 5.00%
Examen de laboratoir Individuel Jeudi 9 décembre 2010 21h00 5.00%
Horaire et disponibilités
Cours en classe : Mercredi 15h30 à 16h20 PLT-2751
Jeudi 13h30 à 15h20 PLT-2551
Disponibilité de l'enseignant : Jeudi 15h20 à 17h00 PLT-1114 (du 30 août au 10
déc.)
Mercredi 16h20 à 17h00 PLT-1114
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