ZUT - Polska Rama Kwalifikacji / Rok 2022/2023 / Wydział Informatyki / Informatyka (S1) / Inżynieria oprogramowania / Sylabus przedmiotu

Wydział Informatyki - Informatyka (S1)
specjalność: Inżynieria oprogramowania

Sylabus przedmiotu Systemy wbudowane:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów	Informatyka
Forma studiów	studia stacjonarne	Poziom	pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta	inżynier
Obszary studiów	charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK
Profil	ogólnoakademicki
Moduł	—
Przedmiot	Systemy wbudowane
Specjalność	Inżynieria komputerowa
Jednostka prowadząca	Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji
Nauczyciel odpowiedzialny	Mirosław Łazoryszczak <Miroslaw.Lazoryszczak@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele	Marek Jaskuła <Marek.Jaskula@zut.edu.pl>, Radosław Maciaszczyk <Radoslaw.Maciaszczyk@zut.edu.pl>, Krzysztof Makles <Krzysztof.Makles@zut.edu.pl>
ECTS (planowane)	4,0	ECTS (formy)	4,0
Forma zaliczenia	zaliczenie	Język	polski
Blok obieralny	4	Grupa obieralna	1

Formy dydaktyczne

Forma dydaktyczna	KOD	Semestr	Godziny	ECTS	Waga	Zaliczenie
laboratoria	L	6	30	2,0	0,50	zaliczenie
wykłady	W	6	30	2,0	0,50	zaliczenie

Wymagania wstępne

KOD	Wymaganie wstępne
W-1	Programowanie 1
W-2	Technika mikroprocesorowa

Cele przedmiotu

KOD	Cel modułu/przedmiotu
C-1	Zapoznanie się obsługą i programowaniem systemów wbudowanych z poziomu systemu operacyjnego.
C-2	Opanowanie podstawowej umiejętności programowania platform wbudowanych z na poziomie systememu operacyjnego

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KOD	Treść programowa	Godziny
laboratoria
T-L-1	Konfiguracja środowiska projektowego w kontekście systemu FreeRTOS.	2
T-L-2	Obsługa portów we/wy z poziomu systemu FreeRTOS.	2
T-L-3	Tworzenie, zawieszanie, wznawianie, opóźnianie i usuwanie zadań.	2
T-L-4	Przykład praktyczny z wykorzystaniem funkcji systemu (np. obsługa wyświetlacza, komunikacja i zarządzania zadaniami).	4
T-L-5	Wykorzystanie kolejek, semaforów i muteksów w przykładowej aplikacji.	2
T-L-6	Wykorzystanie funkcji systemowych w obsłudze przerwań.	2
T-L-7	Środowisko i narzędzia tworzenia oprogramowania w systemie Linux embedded.	2
T-L-8	Obsługa systemu plików i współpraca z urządzeniami zewnętrznymi.	2
T-L-9	Zasada działania, analiza i monitorowanie magistrali CAN. Przykładowe rozwiązanie komunikacji między urządzeniami z wykorzystaniem magistrali CAN.	4
T-L-10	Realizacja wybranych aplikacji i projektów własnych w systemie Linux embedded: np. obsługa dźwięku, obsługa wyświetlacza, komunikacja, integracja z chmurami obliczeniowymi itp.	6
T-L-11	Zaliczenie przedmiotu.	2
		30
wykłady
T-W-1	Systemy wbudowane - zakres przedmiotu, pojęcia, kontekst, narzędzia, zestawy ewaluacyjne aplikacje.	2
T-W-2	Charakterystyka systemów operacyjnych w systemach wbudowanych ze szczególnym uwzględnieniem FreeRTOS i Linux.	2
T-W-3	Podstawowe elementy systemu FreeRTOS (typy danych, zmienne, funkcje, zadania, funkcje zadań).	2
T-W-4	Kolejki i zarządzenie. Semafory i mutexy.	2
T-W-5	Grupy zdarzeń i timer programowy.	2
T-W-6	Zadania, komunikacja między zadaniami, obsługa przerwań.	2
T-W-7	Środowisko cross-kompilacji dla architektur ARM i automatyczne narzędzia budowy kodu w systemach wbudowanych.	2
T-W-8	Moduły jądra systemu i ich kontekst. Konfiguracja i kompilacja jądra systemu. Programowanie w jądrze. Własne moduły jądra. Synchronizacja jądra. Obsługa przerwań. Funkcje udostępniane przez moduły. Parametry konfiguracyjne. Obsługa systemu plików. Sterowniki urządzeń.	4
T-W-9	System bazowy i uruchamianie systemu.	2
T-W-10	Diagnostyka: sprzętowe narzędzia debugowania, debugowanie aplikacji, śledzenie procesów, debugowanie jądra.	2
T-W-11	Magistrala CAN i przykłady jej zastosowania.	2
T-W-12	Elementy Internetu rzeczy (IoT). Protokół MQTT. Integracja systemów wbudowanych z chmurami obliczeniowymi. Przykłady wykorzystania systemów wbudowanych np. w branży motoryzacyjnej (rodzaje systemów, standardy, wymagania itp.).	4
T-W-13	Zaliczenie przedmiotu.	2
		30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KOD	Forma aktywności	Godziny
laboratoria
A-L-1	Uczestnictwo w zajęciach	30
A-L-2	Przygotowanie do zajęć.	18
A-L-3	Udział w konsultacjach.	2
		50
wykłady
A-W-1	Uczestnictwo w zajęciach	30
A-W-2	Przygotowanie do zaliczenia.	18
A-W-3	Udział w konsultacjach.	2
		50

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KOD	Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1	Wykład informacyjny
M-2	Ćwiczenia laboratoryjne z elementami projektu

Sposoby oceny

KOD	Sposób oceny
S-1	Ocena podsumowująca: Ocena uzyskanej wiedzy na podstawie zaliczenia wykładu.
S-2	Ocena formująca: Bieżąca ocena realizacji zadań i projektów studentów podczas zajęć laboratoryjnych.
S-3	Ocena podsumowująca: Ocena ogólnego poziomu realizacji zadań laboratoryjnych.

Zamierzone efekty uczenia się - wiedza

Zamierzone efekty uczenia się	Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera	Cel przedmiotu	Treści programowe	Metody nauczania	Sposób oceny
I_1A_D01.06.1_W01 Student posiada wiedzę na temat programowania układów mikroprocesorowych wraz z urządzeniami peryferyjnymi w autonomicznym systemach komputerowych na poziomie systemu operacyjnego.	I_1A_W04, I_1A_W10	—	—	C-1	T-W-1, T-W-2, T-W-4, T-W-3, T-W-6, T-W-5, T-W-8, T-W-9, T-W-10, T-W-7	M-1	S-1

Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności

Zamierzone efekty uczenia się	Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera	Cel przedmiotu	Treści programowe	Metody nauczania	Sposób oceny
I_1A_D01.06.1_U01 Student potrafi programować wybrane układy mikroprocesorowe wraz z urządzeniami peryferyjnymi w autonomicznych systemach komputerowych na poziomie systemu operacyjnego.	I_1A_U04, I_1A_U09, I_1A_U10	—	—	C-2	T-L-1, T-L-2, T-L-7, T-L-8, T-L-10, T-L-5, T-L-4, T-L-3, T-L-6	M-2	S-2, S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt uczenia się	Ocena	Kryterium oceny
I_1A_D01.06.1_W01 Student posiada wiedzę na temat programowania układów mikroprocesorowych wraz z urządzeniami peryferyjnymi w autonomicznym systemach komputerowych na poziomie systemu operacyjnego.	2,0
	3,0	Student zna podstawowe pojęcia związane z systemami wbudowanymi w kontekście powiązania architektury mikroprocesorów z systemem operacyjnym. Zna podstawowe rozwiązania komunikacji pomiędzy mikroprocesorami w systemach wbudowanych.
	3,5	Jak na ocenę 3,0 i dodatkowo zna pojęcia i procesy związane z jądrem systemu i jego kontekstem.
	4,0	Jak na ocenę 3,5 i dodatkowo zna metody komunikacji pomiędzy jądrem systemu i warstwą użytkownika.
	4,5	Jak na ocenę 4,0 i dodatkowo zna zagadnienie budowy sterowników urządzeń.
	5,0	Jak na ocenę 4,5 i dodatkowo biegle porusza się w zagadnieniach zależności i komunikacji między warstwą sprzętową a warstwą aplikacji.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt uczenia się	Ocena	Kryterium oceny
I_1A_D01.06.1_U01 Student potrafi programować wybrane układy mikroprocesorowe wraz z urządzeniami peryferyjnymi w autonomicznych systemach komputerowych na poziomie systemu operacyjnego.	2,0
	3,0	Student potrafi zrealizować podstawowe zadania systemu wbudowanego z wykorzystaniem wybranego systemu operacyjnego.
	3,5	Jak na ocenę 3,0 i dodatkowo potrafi świadomie wykorzystać podstawowe elementy i funkcje systemu operacyjnego do realizacji wybranego zadania praktycznego.
	4,0	Jak na ocenę 3,5 i dodatkowo potrafi wykorzystać wybrane elementy i funkcje systemu operacyjnego do realizacji wybranego zadania praktycznego.
	4,5	Jak na ocenę 4,0 i dodatkowo potrafi dobrać właściwe elementy i funkcje systemu operacyjnego niezbędne do realizacji wybranego zadania praktycznego.
	5,0	Jak na ocenę 4,5 i dodatkowo potrafi biegle realizować postawione zadania z wykorzystaniem systemu operacyjnego.

Literatura podstawowa

Marcin Bis, Linux w systemach embedded, BTC, Legionowo, 2011
P. Raghavan et al., Embedded Linux system design and development, Taylor & Francis Group, 2006
Marilyn Wolf, High-Performance Embedded Computing, Elsevier, 2014
Robert Oshana, Mark Kraeling, Software Engineering for Embedded Systems Methods, Practical Techniques, and Applications, 2013, Elsevier
Ibrahim D., ARM-based microcontroller multitasking projects. Using the FreeRTOS multitasking kernel, Elsevier, 2020

Literatura dodatkowa

Roman Ulan, Wzorce silników zdarzeń, dostępne online, 2011, http://bottega.com.pl/artykuly-i-prezentacje#cpp
Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, and Greg Kroah-Hartman, Linux Device Drivers, O'Reilly, 2005

Treści programowe - laboratoria

KOD	Treść programowa	Godziny
T-L-1	Konfiguracja środowiska projektowego w kontekście systemu FreeRTOS.	2
T-L-2	Obsługa portów we/wy z poziomu systemu FreeRTOS.	2
T-L-3	Tworzenie, zawieszanie, wznawianie, opóźnianie i usuwanie zadań.	2
T-L-4	Przykład praktyczny z wykorzystaniem funkcji systemu (np. obsługa wyświetlacza, komunikacja i zarządzania zadaniami).	4
T-L-5	Wykorzystanie kolejek, semaforów i muteksów w przykładowej aplikacji.	2
T-L-6	Wykorzystanie funkcji systemowych w obsłudze przerwań.	2
T-L-7	Środowisko i narzędzia tworzenia oprogramowania w systemie Linux embedded.	2
T-L-8	Obsługa systemu plików i współpraca z urządzeniami zewnętrznymi.	2
T-L-9	Zasada działania, analiza i monitorowanie magistrali CAN. Przykładowe rozwiązanie komunikacji między urządzeniami z wykorzystaniem magistrali CAN.	4
T-L-10	Realizacja wybranych aplikacji i projektów własnych w systemie Linux embedded: np. obsługa dźwięku, obsługa wyświetlacza, komunikacja, integracja z chmurami obliczeniowymi itp.	6
T-L-11	Zaliczenie przedmiotu.	2
		30

Treści programowe - wykłady

KOD	Treść programowa	Godziny
T-W-1	Systemy wbudowane - zakres przedmiotu, pojęcia, kontekst, narzędzia, zestawy ewaluacyjne aplikacje.	2
T-W-2	Charakterystyka systemów operacyjnych w systemach wbudowanych ze szczególnym uwzględnieniem FreeRTOS i Linux.	2
T-W-3	Podstawowe elementy systemu FreeRTOS (typy danych, zmienne, funkcje, zadania, funkcje zadań).	2
T-W-4	Kolejki i zarządzenie. Semafory i mutexy.	2
T-W-5	Grupy zdarzeń i timer programowy.	2
T-W-6	Zadania, komunikacja między zadaniami, obsługa przerwań.	2
T-W-7	Środowisko cross-kompilacji dla architektur ARM i automatyczne narzędzia budowy kodu w systemach wbudowanych.	2
T-W-8	Moduły jądra systemu i ich kontekst. Konfiguracja i kompilacja jądra systemu. Programowanie w jądrze. Własne moduły jądra. Synchronizacja jądra. Obsługa przerwań. Funkcje udostępniane przez moduły. Parametry konfiguracyjne. Obsługa systemu plików. Sterowniki urządzeń.	4
T-W-9	System bazowy i uruchamianie systemu.	2
T-W-10	Diagnostyka: sprzętowe narzędzia debugowania, debugowanie aplikacji, śledzenie procesów, debugowanie jądra.	2
T-W-11	Magistrala CAN i przykłady jej zastosowania.	2
T-W-12	Elementy Internetu rzeczy (IoT). Protokół MQTT. Integracja systemów wbudowanych z chmurami obliczeniowymi. Przykłady wykorzystania systemów wbudowanych np. w branży motoryzacyjnej (rodzaje systemów, standardy, wymagania itp.).	4
T-W-13	Zaliczenie przedmiotu.	2
		30

Formy aktywności - laboratoria

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-L-1	Uczestnictwo w zajęciach	30
A-L-2	Przygotowanie do zajęć.	18
A-L-3	Udział w konsultacjach.	2
		50

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-W-1	Uczestnictwo w zajęciach	30
A-W-2	Przygotowanie do zaliczenia.	18
A-W-3	Udział w konsultacjach.	2
		50

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia się	I_1A_D01.06.1_W01	Student posiada wiedzę na temat programowania układów mikroprocesorowych wraz z urządzeniami peryferyjnymi w autonomicznym systemach komputerowych na poziomie systemu operacyjnego.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	I_1A_W04	Ma wiedzę w zakresie programowania systemów komputerowych, zna podstawowe paradygmaty programowania i wiodące języki programowania.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	I_1A_W10	Posiada uporządkowaną i pogłębioną wiedzę z zakresu architektury systemów komputerowych, uwzględniającą współczesne kierunki rozwoju sprzętu komputerowego.
Cel przedmiotu	C-1	Zapoznanie się obsługą i programowaniem systemów wbudowanych z poziomu systemu operacyjnego.
Treści programowe	T-W-1	Systemy wbudowane - zakres przedmiotu, pojęcia, kontekst, narzędzia, zestawy ewaluacyjne aplikacje.
	T-W-2	Charakterystyka systemów operacyjnych w systemach wbudowanych ze szczególnym uwzględnieniem FreeRTOS i Linux.
	T-W-4	Kolejki i zarządzenie. Semafory i mutexy.
	T-W-3	Podstawowe elementy systemu FreeRTOS (typy danych, zmienne, funkcje, zadania, funkcje zadań).
	T-W-6	Zadania, komunikacja między zadaniami, obsługa przerwań.
	T-W-5	Grupy zdarzeń i timer programowy.
	T-W-8	Moduły jądra systemu i ich kontekst. Konfiguracja i kompilacja jądra systemu. Programowanie w jądrze. Własne moduły jądra. Synchronizacja jądra. Obsługa przerwań. Funkcje udostępniane przez moduły. Parametry konfiguracyjne. Obsługa systemu plików. Sterowniki urządzeń.
	T-W-9	System bazowy i uruchamianie systemu.
	T-W-10	Diagnostyka: sprzętowe narzędzia debugowania, debugowanie aplikacji, śledzenie procesów, debugowanie jądra.
	T-W-7	Środowisko cross-kompilacji dla architektur ARM i automatyczne narzędzia budowy kodu w systemach wbudowanych.
Metody nauczania	M-1	Wykład informacyjny
Sposób oceny	S-1	Ocena podsumowująca: Ocena uzyskanej wiedzy na podstawie zaliczenia wykładu.
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Student zna podstawowe pojęcia związane z systemami wbudowanymi w kontekście powiązania architektury mikroprocesorów z systemem operacyjnym. Zna podstawowe rozwiązania komunikacji pomiędzy mikroprocesorami w systemach wbudowanych.
	3,5	Jak na ocenę 3,0 i dodatkowo zna pojęcia i procesy związane z jądrem systemu i jego kontekstem.
	4,0	Jak na ocenę 3,5 i dodatkowo zna metody komunikacji pomiędzy jądrem systemu i warstwą użytkownika.
	4,5	Jak na ocenę 4,0 i dodatkowo zna zagadnienie budowy sterowników urządzeń.
	5,0	Jak na ocenę 4,5 i dodatkowo biegle porusza się w zagadnieniach zależności i komunikacji między warstwą sprzętową a warstwą aplikacji.

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty uczenia się	I_1A_D01.06.1_U01	Student potrafi programować wybrane układy mikroprocesorowe wraz z urządzeniami peryferyjnymi w autonomicznych systemach komputerowych na poziomie systemu operacyjnego.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	I_1A_U04	Potrafi samodzielnie posługiwać się materiałami źródłowymi w zakresie analizy i syntezy zawartych w nich informacji oraz poddawać je krytycznej ocenie w odniesieniu do problemów informatycznych.
	I_1A_U09	Potrafi analizować i oceniać przydatność języków, platform programistycznych i narzędzi informatycznych do rozwiązywania wybranych problemów inżynierskich w dziedzinie informatyki.
	I_1A_U10	Potrafi projektować i implementować systemy informatyczne posługując się narzędziami wspomagającymi proces wytwarzania oprogramowania na różnych jego etapach.
Cel przedmiotu	C-2	Opanowanie podstawowej umiejętności programowania platform wbudowanych z na poziomie systememu operacyjnego
Treści programowe	T-L-1	Konfiguracja środowiska projektowego w kontekście systemu FreeRTOS.
	T-L-2	Obsługa portów we/wy z poziomu systemu FreeRTOS.
	T-L-7	Środowisko i narzędzia tworzenia oprogramowania w systemie Linux embedded.
	T-L-8	Obsługa systemu plików i współpraca z urządzeniami zewnętrznymi.
	T-L-10	Realizacja wybranych aplikacji i projektów własnych w systemie Linux embedded: np. obsługa dźwięku, obsługa wyświetlacza, komunikacja, integracja z chmurami obliczeniowymi itp.
	T-L-5	Wykorzystanie kolejek, semaforów i muteksów w przykładowej aplikacji.
	T-L-4	Przykład praktyczny z wykorzystaniem funkcji systemu (np. obsługa wyświetlacza, komunikacja i zarządzania zadaniami).
	T-L-3	Tworzenie, zawieszanie, wznawianie, opóźnianie i usuwanie zadań.
	T-L-6	Wykorzystanie funkcji systemowych w obsłudze przerwań.
Metody nauczania	M-2	Ćwiczenia laboratoryjne z elementami projektu
Sposób oceny	S-2	Ocena formująca: Bieżąca ocena realizacji zadań i projektów studentów podczas zajęć laboratoryjnych.
Sposób oceny	S-3	Ocena podsumowująca: Ocena ogólnego poziomu realizacji zadań laboratoryjnych.
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Student potrafi zrealizować podstawowe zadania systemu wbudowanego z wykorzystaniem wybranego systemu operacyjnego.
	3,5	Jak na ocenę 3,0 i dodatkowo potrafi świadomie wykorzystać podstawowe elementy i funkcje systemu operacyjnego do realizacji wybranego zadania praktycznego.
	4,0	Jak na ocenę 3,5 i dodatkowo potrafi wykorzystać wybrane elementy i funkcje systemu operacyjnego do realizacji wybranego zadania praktycznego.
	4,5	Jak na ocenę 4,0 i dodatkowo potrafi dobrać właściwe elementy i funkcje systemu operacyjnego niezbędne do realizacji wybranego zadania praktycznego.
	5,0	Jak na ocenę 4,5 i dodatkowo potrafi biegle realizować postawione zadania z wykorzystaniem systemu operacyjnego.