2014/2-PG | Eduardo Augusto Bezerra, PhD

EEL 410143 – Programação de Sistemas Embarcados

Trimestre 2014/2
Curso: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Código da disciplina: EEL 410143
Número de créditos: 3
Professor: Eduardo Augusto Bezerra

Horário das aulas

Seg 7:30 – 10:50

Ementa

Conceitos introdutórios; Sistema operacional; Orientação a objetos; Classes; Estruturas de dados; Encapsulamento; Herança; Polimorfismo; Tratamento de exceções; Templates; Entrada e saída; System-on-a-chip; Teste e verificação.

Objetivos

O cumprimento da disciplina busca dar ao aluno, ao final do semestre, condições de:

Dar continuidade aos estudos de programação de sistemas computacionais embarcados.
Compreender os conceitos fundamentais do paradigma de programação orientada a objetos.
Desenvolver a capacidade de análise de programas em C++ de complexidade média.
Entender o funcionamento básico de sistemas operacionais para acesso a periféricos.
Desenvolver programas em C++ para sistemas embarcados baseados em microprocessadores embarcados, e também sistemas do tipo System-on-a-chip (SoC).

Metodologia

O conteúdo programático será desenvolvido por meio de aulas expositivas com auxílio de recursos multimídia.
Aulas teóricas e práticas, expositivas, com slides
Exercícios a serem resolvidos em aula e extra-classe pelos alunos
Práticas, em laboratório, onde os alunos seguirão tutoriais fornecidos pelo professor com instruções para utilização de ferramentas e placas de desenvolvimento
O material das aulas é disponibilizado na página da disciplina
A plataforma Moodle é a ferramenta oficial da universidade e da disciplina para comunicação com os alunos e para entrega de trabalhos.

Avaliação

A média geral do trimestre (MT) é obtida a partir da média aritmética MT = (S + T) / 2, onde S é a nota da preparação/apresentação de seminários, e T é a nota do trabalho final

Bibliografia

Walter J. Savitch, “C++ absoluto”, Addison Wesley, 2004 ISBN 85-88639-09-2. Disponível na biblioteca da UFSC em “Livros Eletrônicos”. Título original: Absolute C++.
Walter J. Savitch, “Absolute C++”, Addison Wesley, 2004 ISBN 85-88639-09-2.
W. Wolf, Computer as Components – Principles of embedded computing system design, Morgan Kaufmann Publishers, 2000.
L. Lavagno, UML for real design of embedded real-time systems, Kluwer Academic, 2003.
Christopher Hallinan, Embedded Linux Primer, Prentice Hall, 2007.H. M. Deitel e P. J. Deitel, “C++ How to Program”, Pearson Prentice Hall, 2006.
Victorine V. Mizrahi, Treinamento em Linguagem C++: módulo 1, Makron Books, 2007.
Victorine V. Mizrahi, Treinamento em Linguagem C++: módulo 2, Makron Books, 2007.
Herb Sutter, “Exceptional C++ Style”, Pearson Makron Books, 2006.
Richard C. Lee; William M. Tepfenhart, “C++ – A Practical Guide to Object-Oriented Development”, Makron Books.
B. Stroustrup, The C++ Programming Language. Reading: Addison-Wesley, 1997.

Trabalho prático

Especificação do Trabalho Final: “Projeto e implementação em C/C++ para microprocessador embarcado de sistema para aquisição/envio de sinais AD/DA, com comunicação I2C“
Data da entrega e apresentações: 08/set/2014

Organização das aulas

Aula	Data	Conteúdo
1	09/06	Apresentação da disciplina. Slides aula 1. Apresentação do kit Renesas QSK26A e periféricos disponíveis. Documentação e material da Renesas. Tutorial kit QSK26A. Exercício: projeto e desenvolvimento de software para controle de uma máquina de venda de refrigerantes (vending machine). Será exercitado o ciclo completo de projeto, incluindo o levantamento de requisitos, descrição do projeto com máquina de estados finita (FSM), codificação, implementação e testes. [Sugestão de solução] Tarefas para a próxima aula: solução para a implementação da vending machine, considerando os recursos reduzidos de I/O do kit renesas; selecionar artigos recentes relacionados a programação de sistemas embarcados, OO, C/C++
2	16/06	Artigo: “Embedded Software”, Edward A. Lee, Advances in Computers, Vol. 56, Academic Press, London, 2002. (cópia local) Slides “C em sistemas embarcados“. Exercício: Análise do Tempo de Resposta (ver slide 22). Saída de dados em dispositivos do tipo LCD (display de cristal líquido). Entrada de dados via switches e push buttons. Exercício: Observar a saída do exercício anterior no osciloscópio. A seguir, desenvolver uma aplicação para geração de um sinal de relógio e apresentação no osciloscópio. Exercício: projeto e desenvolvimento de software para controle de uma máquina de venda de refrigerantes (vending machine). Será exercitado o ciclo completo de projeto, incluindo o levantamento de requisitos, descrição do projeto com máquina de estados finita (FSM), codificação, implementação e testes. [Sugestão de solução]
3	23/06	Ambiente de desenvolvimento [20]: Tutorial [6]; One page Linux; Comandos básicos; Exercícios Linux. Revisão de C, introdução a C++ Ponteiros [3]: Notas de aula; Exemplos; Exercícios; Soluções. Material: Hello_World! [7]; Variáveis [8]; Operadores [9]; Controle de fluxo [10]; Funções [11]; Class x struct [12]; Exercícios [13] Paradigma de orientação a objetos: Objetos [14]; Classes [15]; Abstração [16]; Encapsulamento [17]; Métodos, atributos, construtores [18]; Classe Resistor. Exercícios [19] Hierarquia de classes: Herança; Exemplo; Herança múltipla; Construtores e destrutores; Notas de aula [1]; I/O Serial/Paralela. Exercício: Herança + I/O Linux Relacionamento entre classes: Agregação; Exercícios.
4	30/06	*Classes bases virtuais; Funções virtuais; Friends; Sobrecarga de operadores: Notas de aula [1]; Exemplo friends; Exercícios. Classes abstratas; Polimorfismo: Notas de aula [1]. Tratamento de exceções: exemplos e std::exception. Manipulação de arquivos: exemplos. Sistema básico de E/S: exemplos. Exercício sobre polimorfismo: implementar as classes necessárias para que o programa testCShape3d.cpp funcione corretamente. Exercícios: Implementação de calendário no microcontrolador M16C/26A da Renesas [ver exercício 2]; Comunicação serial no Linux [ver exercício 3]. Programação em C++ de microcontrolador de 16 bits: Site da Renesas; e Tutorial. C++ com IAR para Renesas*: Tutorial para uso de C++ com a ferramenta IAR no kit QSK26A da Renesas.
5	07/07	Funções Template e Classes Template: Notas de aula e exemplos. C++ Standard Template Library – STL: tutorial e exemplos. Exercício: Adaptar o programa da última aula para utilização de templates, possibilitando o cálculo de volumes com float e inteiro. Projeto do trabalho final.
6	14/07	Djones Lettnin – Projeto de sistemas embarcados baseado no kit Intel-Altera (DE2i-150)
7	21/07	Djones Lettnin – Estudo de caso: Conversor RGB – YCrCb
8	04/08	Djones Lettnin – Integração dos módulos de hardware e software
9	11/08	Djones Lettnin – Avaliação: Projeto de sistemas embarcados
10	18/08	System-on-a-Chip (SoC): Plataforma Zynq da Xilinx, ARM (dual core Cortex A9) + FPGA
11	01/09	Apresentações de seminários: 7:30-7:45 – Artigo 1 7:45-8:00 – Artigo 2 8:00-8:15 – Artigo 3 8:15-8:30 – Artigo 4 8:30-8:45 – Artigo 5 8:45-9:00 – Artigo 6 9:00-9:15 – Artigo 7 9:15-10:00 – Artigo 8
12	08/09	Entrega do trabalho final (Moodle) Apresentação do trabalho final

Artigos selecionados para apresentação:

Artigo 1 – 7:30-7:45 – Rogério Paludo, Selecting a programming language for your project
Artigo 2 – 7:45-8:00 – Leonardo Slongo, Towards Unified Design of Hardware and Software Components Using C++
Artigo 3 – 8:00-8:15 – Carlos Speranza, Re-engineering C++ Component Models Via Automatic Program Transformation
Artigo 4 – 8:15-8:30 – Carla Mendes, The role of SW architecture in solving fundamental problems in object-oriented development of large embedded SW systems
Artigo 5 – 8:30-8:45 – Fernando Silvano Gonçalves, Arm Benfica vs. ARM Georgia Tech
Artigo 6 – 8:45-9:00 – Fabrizio Maziero, Issues with object orientation in verifying safety-critical systems
Artigo 7 – 9:00-9:15 – Felipe Sabino, Design of a Middleware Interface for ARINC 429 Data Bus
Artigo 8 – 9:15-9:30 – João Gabriel Reis, R3TOS: A Novel Reliable Reconfigurable Real-Time Operating System for Highly Adaptive, Efficient, and Dependable Computing on FPGAs

Material de apoio

[1] Notas de aula C++ Prof. Eduardo Bezerra – herança, herança múltipla, classes virtuais, funções virtuais, funções friend, classes abstratas, sobrecarga de funções, sobrecarga de operadores, polimorfismo, template, GUI.
[2] Notas de aula “Classes” Prof. Eduardo Bezerra – Classes e objetos em C++
[3] “Ponteiros” Prof. Eduardo Bezerra – “Ponteiros” e exemplos
[4] “Strings” – material sobre strings em C++
[5] “Strings – getline” – Dica para ler strings com espacos em C++
[6] Tutorial introdução Linux/C++ “Hello World!” - Primeira aula prática!
[7] Estrutura de um programa
[8] Variáveis e definições
[9] Operadores
[10] Controle do fluxo da execução de um programa
[11] Funções
[12] Structs e Classes
[13] Exercícios – possível solução para o exercício 5
[14] Objetos
[15] Classes
[16] Abstração
[17] Encapsulamento
[18] Classes e construtores
[19] Exercícios sobre classes e objetos
[20] Material sobre linux – Comandos mais usados em uma página; Comandos básicos; Resumo dos comandos básicos; Exercícios
[Arquivos] – material sobre arquivos em C++
[Bibliotecas padrão] – Resumo das bibliotecas padrão do C++
[Pilha] – uma classe “Pilha” para armazenar dados genéricos
[Fila] – uma classe “Fila” para armazenar dados genéricos
[Lista] – uma classe “Lista” para armazenar dados genéricos
[Lista encadeada] – exemplo de lista encadeada genérica, armazenando alunos, professores, …
[Árvores] – Nodo para construção de árvores binárias (de inteiros): Nodo_arvoreb.h e Nodo_arvoreb.cpp. Classe para criação e manipulação de Árvore Binária de Pesquisa utilizando Nodo_arvoreb.h: ABP.h, ABP.cpp e testeABP.cpp.
[Standard Template Library – STL] – Tutorial STL – Exemplo de vector, com métodos disponíveis, e comparação com list
Aplicações exemplo:
- Classe SystemUser (ler antes o arquivo README.txt)
- Classe Racional (solução)
- Herança bastante simples: (Pessoa.cpp, Aluno.cpp, main.cpp)
- Herança: (Heranca)
- Agregação: (Agregacao)
- Herança: (Sistema Bank Account)
- Exemplo/exercício de herança: ex_heranca.cpp, mmamals.cpp, e vmammals.cpp