plan de cours : gif-3002 - PIXEL

PLAN DE COURS Automne 2014
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
Date d'abandon sans échec avec
remboursement : 16 Septembre 2014 à 23h59
Date d'abandon sans échec sans
remboursement : 11 Novembre 2014 à 23h59
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 apprend 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 cours détaille les composantes fondamentales d'un système microprocesseur et de ses
interfaces : les jeux d'instructions, les mémoires, les entrées/sorties, les bus et la synthèse de tous ces
éléments. Le cours présente également plusieurs aspects du développement logiciel embarqué, allant
de la programmation d'entrées/sorties d'usage général à l'implémentation d'un système d'exploitation.
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;
•
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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.
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.
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- 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),
Analyseur logique, déverminage en temps réel (exemple : JTAG), émulateurs. Méthodes de
programmation de la mémoire.
Consignes sur les travaux
Les travaux pratiques sont effectués sur un kit d'évaluation STM32F4-Discovery. 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.
Les dates finales des remises des laboratoires seront données en classe.
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Déroulement du cours
Ce cours comporte trois heures d'exposés magistraux et des travaux à réaliser sur ordinateur. 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.
La note moyenne pondérée des deux examens théoriques doit être supérieure à 50% afin d'obtenir la
note de passage.
Échelle des cotes (cycle 1)
Échelle des cotes
A+ [ 90.00 - 100 ] A [ 86.00 - 89.99 ] A- [ 82.00 - 85.99 ] Réussite
B+ [ 80.00 - 81.99 ] B [ 77.00 - 79.99 ] B- [ 74.00 - 76.99 ] Réussite
C+ [ 70.00 - 73.99 ] C [ 65.00 - 69.99 ] C- [ 60.00 - 64.99 ] Réussite
D+ [ 55.00 - 59.99 ] D [ 50.00 - 54.99 ] Réussite
E [ 0.00 - 49.99 ] Échec
X Abandon sans échec
(dans les délais prévus)
Bibliographie
Obligatoire :
Notes de cours et la documentation reliée au kit d'évaluation STM32F4-Discovery et au
microcontrôleur.
Optionnel :
"Embedded Systems. A Contemporary Design Tool. ", James K. Peckol, John Wiley & Sons Inc.,
2008, ISBN 978-0-471-72180-2
S.Furber ARM system on a chip Architecture (2nd Ed )
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W.Hohl. ARM assembly language Fundamentals and Techniques
J.Yiu The Definitive Guide to the ARM cortex-M3 (2nd Ed).
W.Wolf Computers as Components ( second ed).
Modalités d'évaluation
Examen Date Heure Pondération de
la note finale Document(s) autorisé(s)
Examen 1 Jeudi 23 octobre 2014 13h30 à 16h00 30.00% Calculatrice scientifique seulement
Examen 2 Jeudi 11 décembre 2014 13h30 à 16h00 35.00% Calculatrice scientifique seulement
Travail Équipes Date d'échéance Heure Date
d'activité Heure Pondération de la note finale
Laboratoire 1 1 à 2 Jeudi 18
décembre 2014 16h30 n/a n/a 2.00%
Laboratoire 2 1 à 2 Jeudi 18
décembre 2014 16h30 n/a n/a 2.00%
Laboratoire 3 1 à 2 Jeudi 18
décembre 2014 16h30 n/a n/a 4.00%
Laboratoire 4 1 à 2 Jeudi 18
décembre 2014 16h30 n/a n/a 5.00%
Laboratoire 5 1 à 2 Jeudi 18
décembre 2014 16h30 n/a n/a 5.00%
Laboratoire 6 1 à 2 Jeudi 18
décembre 2014 16h30 n/a n/a 7.00%
Examen de
Laboratoire Individuel Jeudi 18 décembre 2014 16h30 n/a n/a 10.00%
Horaire et disponibilités
Atelier : Lundi 16h30 à
17h20 PLT-2546
Cours en classe : Jeudi 13h30 à
16h20 PLT-2750
Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation
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