Sistemas Operacionais Embarcados - Plano de Ensino

• Código: FGA0103
• Créditos: 6
• Turma: A
• Locais e horários: Lab SS, 2as, 4as e 6as feiras, sempre das 14:00 às 15:50
• Professor: Diogo Caetano Garcia
• Email: diogogarcia(at)unb.br

Datas importantes

Objetivos

• Conhecer os fundamentos básicos de sistemas embarcados;
• Compreender o processo de desenvolvimento de software para um sistema embarcado;
• Conhecer as técnicas de desenvolvimento de aplicações e drivers para sistemas embarcados.

Ementa

• Introdução aos sistemas embarcados
• Introdução ao OS Linux
• Desenvolvimento para sistemas embarcados
• Inicialização de sistemas embarcados
• Subsistema de I/O
• Recursos de sistemas
• Introdução ao RTOS
• Introdução ao LKM
• Introdução aos device drivers

Método de Ensino

O curso consistirá em aulas presenciais no Laboratório SS nas segundas, quartas e sextas, sempre das 14:00 às 15:50. Todo o conteúdo, listas de exercícios, provas e entrega de trabalhos estarão disponíveis via página no Moodle Aprender 3.

O aluno pode tirar dúvidas via fórum de dúvidas no Moodle da disciplina, ou pode agendar por e-mail uma reunião via video-conferência.

A presença dos alunos será conferida via lista de participantes na página Moodle da disciplina.

Será utilizada a placa Raspberry Pi em toda a disciplina. Caberá ao aluno decidir qual modelo de Raspberry Pi utilizar, de acordo com suas necessidades no projeto final.

Avaliação

• Dois testes (40% da nota final);
• Projeto de fim de curso (30% da nota final);
• Pontos de controle (20% da nota final);
• Respostas dos questionários das aulas no Moodle (10% da nota final).

Projeto final

Os alunos formarão duplas para montar um projeto final de maior dificuldade, cobrindo os tópicos vistos em sala de aula. Os projetos serão propostos pelos alunos, e será apresentado um protótipo em funcionamento e o relatório do mesmo, na forma de relatório científico com formatação IEEE, contendo os seguintes tópicos:

1. Resumo (1 ponto): Apresentar o projeto de forma geral e em poucas palavras.
2. Introdução (1 ponto): Descrição do problema a ser resolvido e revisão bibliográfica do assunto.
3. Desenvolvimento (5 pontos): Solução, com justificativa baseada em fundamentos teóricos. O desenvolvimento deverá conter a descrição do hardware e do software:
   1. Descrição do hardware (2 pontos), incluindo a BOM (bill of materials) e a montagem (diagrama de blocos, esquemático e descrição textual).
   2. Descrição do software (3 pontos), apresentando e justificando o algoritmo desenvolvido. Esta seção do relatório NÃO CONSISTE em simplesmente replicar o código, e sim em explicar textulmente como ele funciona, com base em fluxogramas ou pseudo-códigos. O código deverá ser apresentado como um apêndice do relatório.
4. Resultados (2 pontos): Explicar os experimentos definidos para validar o projeto proposto, seguido de análise crítica dos resultados esperados e obtidos. Em caso de divergências, apontar as possíveis causas.
5. Conclusão (1 ponto): Retomar sucintamente os principais pontos do relatório: descrição do problema, solução utilizada e resultados obtidos.

Os pontos de controle serão prévias do projeto final. Cada dia de atraso na apresentação dos pontos de controle acarreta na perda de 0,5 pontos da nota do mesmo. Serão esperados os seguintes resultados para cada ponto de controle:

• PC1: proposta do projeto
  • Apresentação do tema escolhido pela dupla
  • Definição do problema a ser resolvido
  • Pesquisa realizada: produtos já existentes, artigos etc.
  • Texto: introdução, incluindo justificativa, objetivos, requisitos, benefícios e revisão bibliográfica.
• PC2: funcionamento básico de cada parte fundamental:
  • Conectar partes fundamentais ao Raspberry Pi, de acordo com o projeto proposto (por exemplo, GPS, temperatura, envio de e-mail, câmera digital, reconhecimento facial etc.)
  • Demonstrar que é possível utilizar cada uma das partes com o Raspberry Pi;
  • Permitido utilizar linguagens interpretadas (Python, Octave etc.) e programas prontos.
  • Texto: acrescentar descrição de hardware, descrição de software e resultados obtidos.
• PC3: refinamento do protótipo
  • Conectar as partes fundamentais.
  • Acrescentar recursos básicos de sistema (múltiplos processos e threads, pipes, sinais, semáforos, MUTEX etc.).
  • Desenvolver em linguagem C e/ou C++.
  • Texto: atualizar descrição de hardware, descrição de software e resultados obtidos.
• PC4: refinamento do protótipo
  • Conectar as partes fundamentais.
  • Acrescentar recursos básicos de sistema (recursos de Linux em tempo real etc.).
  • Desenvolver em linguagem C e/ou C++.
  • Texto: atualizar descrição de hardware, descrição de software e resultados obtidos.

Uma analogia com o projeto: montagem de um quebra-cabeças

• PC1: escolha do quebra-cabeças
• PC2: disposição de todas as peças do quebra-cabeças sobre a mesa
• PC3: montagem do quebra-cabeças
• PC4: montagem do quebra-cabeças

Atenção!

• Todos os relatórios dos pontos de controle serão entregues via Moodle.
• Em caso de cópias (integrais ou parciais), os relatórios ficarão com nota ZERO.
• O template com formatação IEEE está disponível em https://www.overleaf.com/read/djkphgstpqsh#36c54d.

Programa

1. Introdução aos sistemas embarcados
2. Introdução ao OS Linux
   1. Obtendo informações do sistema
   2. Principais comandos
   3. Estrutura de diretórios
   4. Instalação padrão de programas
3. Desenvolvimento para sistemas embarcados
   1. Conceito de cross-platform
   2. Componentes e suas funções (host, target, interface de comunicação, etc)
   3. Processo de geração de imagens
   4. Utilização de makefiles
4. Inicialização em Sistemas Embarcados
   1. Ferramentas do target
   2. Transferência de imagens
   3. Ferramentas para o Target System
   4. Transferência de imagens
   5. Cenários de boot do target
   6. Seqüência de inicialização do target
5. Subsistema de I/Os.
   1. Conceito básico de I/Os
   2. O subsistema de I/Os
   3. Modo de transferência serial e em blocos
   4. Funções de um subsistema de I/O
6. Recursos do sistema I
   1. Processos, sinais e threads
   2. Comunicação e sincronismo entre processos
   3. Programação para redes (sockets)
7. Introdução ao RTOS
   1. Características dos sistemas RT
   2. Conceitos de Hard e Soft Real-Time
8. Recursos de sistema II
   1. Tarefas
   2. Alarmes
   3. Mutex
9. Introdução ao LKM
   1. Introdução
   2. Módulos do kernel
   3. Desenvolvimento de um módulo
   4. Comandos do modutils
10. Introdução aos device drivers
    1. Conceitos básicos sobre device driver
    2. Estrutura de um device driver
    3. Funções de um device driver
    4. Instalação e carregamento de um device driver

Bibliografia

Básica:

1. Doug Abbott, Embedded Technology: Linux for Embedded and Real-Time Applications, 2nd Ed., Newnes, USA, 2006.
2. Mark Mitchell, Jeffrey Oldham e Alex Samuel, Advanced Linux Programming, New Riders, USA, 2001.
3. Christopher Hallinan, Embedded Linux Primer: A Practical Real-World Approach, Prentice Hall, USA, 2006.
4. Qing Li e Caroline Yao, Real-Time Concepts for Embedded Systems, CMP, USA, 2003.

Complementar:

1. Rajaram Regupathy, Bootstrap Yourself with Linux-USB Stack : Design, Develop, Debug, and Validate Embedded USB, Course Technology, USA, 2011.
2. Daniel Bovet e Marco Cesati, Understanding the Linux Kernel, 3rd Ed., O'Reilly, USA, 2005.
3. Jonathan Corbet, Alessandro Rubini e Greg Kroah-Hartman, Linux Device Drivers, 3rd Ed., O'Reilly, USA, 2005.
4. Karim Yaghmour, Jon Masters e Gilad Ben-Yossef, Building Embedded Linux Systems, 3rd Ed., O'Reilly, USA, 2003.