Embedded systems 0800-AR2SWBUD

The aim of the course is to practically familiarize the participants with embedded systems. These systems are used in industry for control and monitoring of machines and technological processes. Main elements of a real-time operating system used in embedded systems will be presented using FreeRTOS as an example.

Lecture outline (15 godzin):
1) Introduction to embedded systems and real-time operating systems, classification, application examples.
2) C programming in embedded microcontroller systems, software requirements, programming with limited memory resources, access to hardware peripherals
3) Software organization. Event handling, two-plan systems, time driven tasks, event driven tasks, task synchronization
4) Real-time operating systems. Requirements, system structure model, states, tasks, task synchronization and communication, overview of different systems
5) FreeRTOS real-time operating system

Laboratory (45 godzin):
1) Programming environment:
a) System Workbench for STM32
b) STM32CubeMX
2) Real-time operating systems (RTOS) in embedded systems
3) Introduction to FreeRTOS
4) Tasks in FreeRTOS:
a) Task creation
b) Task priority
c) State of task
d) Task removal
e) Task Scheduler
5) Queues in FreeRTOS:
a) Queue creation
b) Practical use of Queues
6) Interrupt Management in FreeRTOS:
a) Semaphore
b) Counting Semaphores
c) Queueing and Interrupt Service Routine
d) Interrupt Nesting
7) Resource management FreeRTOS:
a) program Critical Sections
b) mutexes
8) Memory management in FreeRTOS:
a) FreeRTOS stack
9) Common problems while using FreeRTOS
10) program debugging in FreeRTOS

Total student workload

(in Polish) Całkowity nakład pracy studenta: Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 65 godz.): - udział w wykładach - 15 - udział w laboratoriach – 45 - konsultacje z nauczycielem akademickim- 5 Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 75 godz.): - przygotowanie do wykładu - 10 - przygotowanie do laboratoriów – 25 - czytanie literatury - 10 - przygotowanie do egzaminu - 10 - czas poświęcony na projekt zaliczeniowy laboratorium - 20 Razem: 140 h (5 ECTS)

Learning outcomes - knowledge

(in Polish) W1: Ma wiedzę z programowania systemów wbudowanych (zna metody, techniki, narzędzia i bazę elementową do rozwiązywania zadań inżynierskich). Zna specyfikę programowania w języku C dla mikrokontrolerów Posiada rozszerzoną wiedzę w zakresie zaawansowanej konstrukcji i analizy algorytmów, metod optymalizacji dla systemów wbudowanych – K_W02, K_W03, K_W05, K_W06, K_W13 W2: Zna podstawowe klasy sprzętu stosowanego w systemach wbudowanych - K_W12 W3: Umie programować systemy wbudowane z uwzględnieniem pozatechnicznych uwarunkowań działalności inżynierskiej (aspekty społeczne, ekonomiczne i prawne) – K_W09

Learning outcomes - skills

(in Polish) U1: Wykorzystuje dokumentację systemów wbudowanych do uzyskania wiedzy niezbędnej do samodzielnej realizacji postawionych zadań – K_U01, K_U16 U2: Programuje układy wbudowane z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania. Umie wykorzystać opracowany algorytm działania systemu wbudowanego i przetwarzać je na kod programu wykonawczego, który umie optymalizować - K_U02, K_U03, K_U05 U3: Potrafi sporządzić dokumentację opracowanego systemu wbudowanego - K_U07 U4: Potrafi przy realizacji projektów systemów wbudowanych: dostrzegać aspekty systemowe i pozatechniczne, dokonać wstępnej analizy ekonomicznej, umie komunikować się na tematy specjalistyczne ze zróżnicowanymi kręgami odbiorców, współdziałać z innymi osobami w ramach prac zespołowych, umie samodzielnie planować i realizować własne uczenie się przez całe życie i ukierunkowywać innych w tym zakresie - K_U13, K_U14, K_U15, K_U17, K_U18.

Learning outcomes - social competencies

(in Polish) K1: Pozsiada umiejętność rozwiązywania problemów, których rozwiązanie prowadzi do realizacji postawionego zadania. Zna ograniczenia własnej wiedzy i umiejętności z zakresu wiedzy dotyczącej układów programowania – wie jak ją rozszerzyć (np. zasięgnąć opinii ekspertów w przypadku trudności z samodzielnym rozwiązaniem problemu programowania systemów wbudowanych.) - K_K01. K2: Posiada kompetencje w zakresie twórczego udziału w projektach zespołowych (w tym roli lidera) oraz ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania dotyczących zagadnień programowania systemów wbudowanych - K_K02, K_K03.

Observation/demonstration teaching methods

- exhibition
- display

Expository teaching methods

- informative (conventional) lecture
- description
- problem-based lecture

Exploratory teaching methods

- project work
- laboratory

Prerequisites

(in Polish) W celu przyswojenia treści zajęć wymagane jest podstawowa wiedza dotycząca mikroprocesorów i techniki mikroprocesorowej, podstaw programowania (ANSI C).

Course coordinators

Term 2023/24L:

Leszek Wydźgowski

Term 2025/26L:

Marcin Kowalski

Assessment criteria

The course ends with an exam. In order to take the exam a passing mark from the laboratory is mandatory.

Practical placement

none

Bibliography

1. "Mikrokontrolery STM32 dla początkujących", Aleksander Kurczyk, 2019, ISBN: 978-83-64702-16-7, Wydawnictwo BTC, Legionowo,
2. "STM32: aplikacje i ćwiczenia w języku C z biblioteką HAL", Marek Galewski, 2019, ISBN: 978-83-64702-17-4, Wydawnictwo BTC, Legionowo,
3. "Using the FreeRTOS Real Time Kernel - a Practical Guide - Cortex M3 Edition (FreeRTOS Tutorial Books)", Richard Barry, 2010, ISBN-10: 1446170306, ISBN-13: 978-1446170304
4. "STM32. Aplikacje i ćwiczenia w języku C", Marek Galewski, 2011, Wydawnictwo BTC Legionowo, ISBN 978-83-60233-82-5
5. "Mikrokontrolery STM32 w praktyce", Krzysztof Paprocki, 2009, Legionowo, ISBN: 978-83-60233-52-8
6. "Mikrokontrolery STM32 w sieci Ethernet w przykładach", Marcin Peczarski, 2011, Legionowo, ISBN: 978-83-60233-68-9
7. FreeRTOS documentation: https://www.freertos.org/

Additional information

Additional information (registration calendar, class conductors, localization and schedules of classes), might be available in the USOSweb system:

Description of 0800-AR2SWBUD in USOSweb