Fiziksel bir ortam kurmak yerine simulasyon üzerinde çalışmak neyi sağlar? Dezavantajları nelerdir?
FPGA Tabanlı Kontrol
FPGA ve MCU arasındaki farklar nelerdir? FPGA ne zaman tercih nedeni olmalıdır?
FPGA’e bağlı 10 bitlik bir ADC çipi kulunmaktadır. Bu ADC çipinin çıktı sinyalleri clk, data[9:0], dataValid’dir. Bu sinyalleri kullanarak bir sıcaklık sensörü verisini okuyup eğer sıcaklık 50 derece’nin üzerinde ise FPGA’e bağlı bir LED’i aktif yapan, değil ise pasif yapan bir verilog tasarımı geliştiriniz. Sıcaklık sensörü 0-100 derece arasında çalışmaktadır.
FPGA’e bağlı motor sürücü entegresini kontrol edecek bir verilog tasarımı gerçekleyiniz. Entegrenin clock çıkışı, 8 bitlik dIn girişi ve direction isimli bir bitlik girişi bulunmaktadır. Bu sinyaller ile aşağıda verilen pattern’i oluşturan bir tasarım yapınız. Clock frekansı 10MHz’dir.
Durma Yarı Hız ileri Tam Hız ileri Yarı Hız geri Tam Hız geri Durma Çeyrek Hız ileri
ZYNQ mimarisinde PS bölümünde bulunan UART arayüzü ile PL bölümüne konfigüre edilebilen UART arayüzünün farkı nedir?
ZYNQ mimarisinin UART PS0 bloğunu kullanarak dışarıya saniyede bir “Merhaba” string’ini basan bir uygulama geliştiriniz.
10 adet UART arayüzüne sahip sensörler bulunmaktadır. Bu sensörleri ZYNQ mimarisine sahip bir FPGA ile okuyup ethernet üzerinden verileri transfer eden bir sistem geliştiriniz.
Sistemin Block diagramını çiziniz. Ardından Petalinux ortamı için bir C kodu geliştirip okunan verileri ethernet üzerinden UDP Protokolü ile transfer eden bir uygulama geliştiriniz.
Sensör verileri 0-255 arasında bir byte olarak gelmektedir. Ethernet’e transfer edilecek veriler 10 sensör için toplam 10 byte’lık bir dizi olarak gönderilebilir. IP ve port bilgileri rasgele girilebilir.
Bilgisayardan bir byte büyüklüğünde iki sayıyı (yani 0-255 arasında) UART arayüzünden ZYNQ’in UART PS0 bloğuna transfer ediniz. ZYNQ sayıları yakaladıktan sonra iki sayı ile aşağıda verilen aritmetik işlemi yapıp sonucunu tekrar UART üzerinden döndürmektedir.
Aritmetik işlem: karekök(X^2 + Y^2)
UART üzerinden sayı gönderme ve UART üzeirnden sonucu yakalamak için bilgisayar ortamında istediğiniz bir dilde (C#, Python vb..) seri port uygulaması geliştiriniz. ZYNQ üzerinde petalinux ortamında gerekli olan C kodunu yazınız.
Custom Module Interfacing
AXI Lite Slave arayüzü nedir?
AXI Lite Master arayüzü nedir?
AXI FULL Slave arayüzü nedir?
3 saklayıcısı olan AXI Lite Slave arayüzlü bir modül geliştiriniz. Bu modülün
0. adresindeki saklayıcı, 1. sayıyı 1. adresindeki saklayıcı, 2. sayıyı 3. adresindeki saklayıcı, 1. ve 2. sayının toplamını göstermektedir.
Aşağıda bir AXI Lite Slave arayüzlü modülün örnek şablon kod parçacığı verilmektedir. Bu kod parçacığını modifiye ederek, belirtilen görevi yapan bir modül haline döndürünüz.
Bir klasördeki dosyaların tamamını listelip, dosyaların okuma yazma çalıştırma izinlerinin ne durumda olduğu nasıl listelenir?
Root yetkisi nedir?
sudo komutu nedir? Neden gerekli olmaktadır? Örnek vererek açıklayınız.
/home/emre/x.txt dosyasını /var/tmp/test/y.txt dosyası olarak kopyalanmak isteniyor. İlgili komutu yazınız.
CPU kaynağını en çok tüketen uygulama nasıl bulunur. Bu uygulamayı tespit ettikten sonra komut satırından nasıl öldürülür? Açıklayınız
Bash script nedir?
Bir dosyayı görüntülemek için more, tail, head komutları kullanılabilir. Komutların farkları nedir? Ne amaçla kullanılabilirler açıklayınız. Dosyanın ilk 3 satırını, dosyanın son 5 satırını gösteren komutları yazınız.
Ortam değişkeni nedir? Ne amaçla kullanılır?
Terminalde ‘KEY’ isminde bir ortam değişkeni oluşturup içerisine 1234 sayısını yazınız. Bir bash script oluşturup KEY ortam değişkenin değerini alıp karesini print yapan bir bash script geliştiriniz.
Dışarıdan bir argüman alan bash script geliştiriniz. Bu bash script’e gelen argüman eğer 0 ise, şu anki tarih saati bulunduğu klasörde saat.txt dosyası yaratıp içerisine yazmalıdır. Kendisine gelen argüman 1 ise, bulunduğu klasörde deneme.txt dosyası var ise o dosyanın içeriğini print etmeli eğer dosya yok ise “Dosya Bulunamadi” uyarısını print etmelidir.
Embedded Linux Toolchain
Linux çekirdeği nedir?
Bir boot sürecinde aşağıda verilen görseldeki adımlar izlenmektedir.
Figürde verilen adımları açıklayınız. BOOT.BIN dosyası nedir? Hangi dosyalardan oluşur?
Aşağıda verilen kavramları açıklayınız
* ROOTFS * Image.ub * Device Tree
PL/PS CoDesign
Linux’te bulunan devmem komutu nedir? Bu komut ile 0x40000000 adresine hexadecimal olarak ABCD yazıp, 0x40000008 adresinde bulunan içeriği okuyacak bir komutu yazınız.
MMAP Komutu ne yapmaktadır?
0x40000000 adresinde bir AXI GPIO IP’si bulunmaktadır. Bu IP’nin register space’i aşağıda verilmektedir.
AXI GPIO’nun 1. kanal çıkış bölümüne bir bitlik LED bağlanmıştır. 1. kanal giriş bölümüne ise 8 bitlik bir saklayıcı bulunmaktadır. Giriş bölümünden 0x11 değeri geldiğinde LED’i 1 yapan diğer tüm durumlarda LED’i 0 yapan bir petalinux ortamı için uygulama geliştiriniz.
PL bölümünde bir AXI GPIO IP’si bulunarak oluşturulmuş bir petalinux imajında
ls /sys/class/gpio
komutu çalıştırılarak bağlanmış GPIO’nun ne olduğu görülmektedir.
Buna göre örneğin komutun çıktısında gpio496 olduğu görülmüştür.
Petalinux ortamında GPIO’nun değerini her saniye tersine çeviren bir uygulama geliştiriniz.
Aşağıda Atmel Atmega328 MCU’sunun mimarisi verilmektedir. Mimaride görülen;
* USART * SPI * Flash * Oscillator * AVR CPU
bloklarının görevlerini açıklayınız
Aşağıda Atmel Atmega328 MCU’sunun CPU Core Mimarisi verilmektedir.
Bu mimariye göre;
* ALU * Program Counter * General Purpose Register * Instruction Register * Instruction Decoder
bloklarının görevlerini açıklayınız.
Ardunio IDE’sinde geliştirilen bir uygulamada kullanılan temel setup ve loop fonksiyonlarını görevlerini açıklayınız.
Aşağıda Ardunio Nano’nun pinlerini gösteren bir figür verilmektedir.
Ardunio’nun Dijital 5 ve 6. pinlerine butonlar, 7. pinine ise LED bağlanmıştır. Her iki butona da basılı iken LED saniyede bir yanıp sönecek bir uygulama geliştiriniz.
MCU’nun UART arayüzünden ‘A’ paketi geldiğinde 1. LED’i 2 saniyeliğine yakan, ‘B’ paketi geldiğinde ise 2. LED’i 10 saniyeliğine yakan bir uygulama geliştiriniz.
Interfaces and Sensors
Analog ve dijital pin’lerin okuma/yazma kabiletleri nedir? Farkları nelerdir?
MCU’nun 0. analog girişine bir uzaklık sensörü bağlanmıştır. Bu sensör 50 cm’de iken maksimum değer olan 1023’ü, 2 cm’de ise 0 değerini geri döndürmektedir. Buna göre sensör 20 ile 30cm arasında bir nesne tespit ettiğinde UART üzerinden ‘Aralik Icerisinde’ mesajını gönderen bir uygulama geliştiriniz.
MCU’nun 0. analog girişine bir sıcaklık sensörü bağlanmıştır. 1. analog girişine ise bir duman sensörü bağlanmıştır.
Sıcaklık sensörü 0 derece için 0; 50 derece için 1023 sayısını döndürmektedir. 0-50 derece arasındakiler 0-1023 arasında lineer olarak değişmektedir.
Duman sensörü ise duman olmaması durumunda 0, duman olması durumunda ise geriye 1023 sayısını döndürmektedir.
Buna göre 40 derece üstü ve duman olması durumunda MCU’nun dijital 3. pinine bağlı LED’i aktif edip UART üzerinden “Yangin” mesajını gönderen bir yazılım geliştiriniz.
Sensör nedir? Analog ve dijital sensörler nedir? Farkları nelerdir?
Motor Control
Fırçasız motor nedir?
Servo motor nedir?
Step motor nedir?
5V gerilim uygulandığında 200 RPM ile çalışan bir fırçasız motor’a çevresi 2 cm olan bir tekerlek takılıyor. Robota bağlı olan bu motor ile 1 metre hareket etmek için gerekli olan MCU kodunu geliştiriniz. Tekerlek 3cm olması durumu için 2. bir kod geliştiriniz.
Fırçasız bir motorun 3V altında 200 RPM, 5V altında ise 300 RPM yaptığı dökümanında belirtilmiştir. Buna göre MCU’nun ADC pinleri kullanılarak bu motor’a 2 sn 250 RPM, 3 sn 275 RPM hıza çıkaracak bir kod geliştiriniz. Not: 3V-5V arasındaki RPM değişiminin lineer olacağı varsayılabilir. MCU’nun ADC’si 0 verisi için 0V, 1023 verisi için ise 5V üretmektedir. Ara değerler lineer olarak değiştiği varsayılabilir.
Bu ders kapsamında gömülü sistemlerde kullanılan bir Linux dağıtımı olan Petalinux ile çalışılacaktır. Ders’te Xilinx’in PYNQ Z2 geliştirme kartlar kullanılacaktır. Dönem projesi olarak Petalinux üzerinden AXI DMA IP’si ile PL bölümüne veri transferi yapılıp, FFT bloğuna aktarılıp, sonuçlar yine AXI DMA ile processor’e alınacaktır.
Ders Saatleri (Teorik + Lab)
Cuma 9.00-14.00
Öğretim Elemanları ve Ofis Saatleri
Dr. Öğr. Üyesi Vecdi Emre Levent, Ofis 311 – Salı 16.00-17.00
Arş. Gör. Uğur Özbalkan, Ofis 311 – Salı 16.00-17.00
Ön Gereksinimler
Yok
Yardımcı Kaynaklar
Dersin referans kaynakları aşağıda listelenmektedir.
Programming Arduino: Getting Started with Sketches, Second Edition, Simon Monk, McGraw Hill, 2016
Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry 2nd Edition, Jeremy Blum, 2019
Yazılımlar
Petalinux 2021.1
Vivado 2021.1
Dersler
Dersin haftalık 2 saat teorik, 2 saat laboratuvar bölümü bulunmaktadır. Öğretim üyesi tarafından verilen ders materyallerinin ders öncesi incelenip, ders sonrasında ise tekrar edilmesi beklenmektedir.
Öğrenim Çıktıları
Linux Fundamentals
Embedded Linux
PL/PS CoProcessing
Performans ve Debugging
Quizler
Dönem içerisinde iki adet quiz yapılacaktır. 30 dk süre verilecektir. Quiz tarihi bir hafta önceden duyurulacaktır.
Notlandırma
Derslere %80 oranında devam zorunludur.
Dönem notu; vize, lablar, ödevler, proje ve final sınavı ile belirlenecektir. Değerlendirme yüzdeleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Faaliyetler
Oranlar
Vize
%20
Ödev/Quiz
%10
Lab
%15
Proje
%25
Final
%30
Bonus
5 Puan’a kadar
Ödev ve quizlerin teslim saati üzerinden her geçen saat için 5 puan kesilecektir.
Dönem sonu notunun karşılık geldiği ağırlık ve harf notu aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Dönem Notu
Ağırlık
Harf Notu
90-100
4.00
AA
85-89
3.50
BA
80-84
3.00
BB
75-79
2.50
CB
65-74
2.00
CC
50-64
1.50
DC
45-49
1.00
DD
0 -44
0
FF
Beklenen Efor
Öğrencinin dönem içinde göstermesi beklenen efor tablosu aşağıda verilmiştir.
İçerik
Saat
Kaç Defa
Ara Toplam
Derse Hazırlık
2
14
28
Ders Tekrarı
2
14
28
Ödev
4
6
24
Proje
48
1
48
Sınıf Dersi
4
14
56
Ara Sınav ve Final
24
2
48
Öğrenciler dersten başarılı olmak için dönem boyunca ortalama 232 saat harcamaları beklenmektedir.
Verilecek her bir ödev için test girişi ve beklenen çıkışlar paylaşılacaktır. Ancak ödev kontrolü yapılırken sizinle paylaşılmamış başka test durumları da denenecektir. Çalışma zamanı, beklenenden çok uzun süren kodlar yanlış olarak değerlendirilebilir.
Teori
Kod, istenen algoritmanın tasarımı olmalıdır. En optimum çözüm beklenmemektedir. Ancak bellek ve çalışma zamanı beklenenden çok fazla olmamalıdır.
Yazılı Ödevler
Ödev kendi el yazınız ile yazılmalıdır. Ödev cevap kağıtının üzerinde, dersin adı, öğrenci adı ve soyadı, öğrenci numarası ve tarih bulunmalıdır.
Akademik Dürüstlük
Ödevin amacı, ders hakkında derinlemesine araştırma yapmayı öğrenmek ve pratik bilgiler kazanmayı sağlamaktır. Verilen ödevler hakkında, diğer öğrenciler ile birlikte çalışma teşvik edilmektedir. Çalışma grubu oluşturan öğrenciler, kendi başına çalışan öğrencilere göre sınavlarda daha başarılı olmaktadırlar.
Ancak bir ödevi çözmek için başkaları ile birlikte çalışsanız bile, her bir sorunun çözümünü yardım almadan kendiniz yapmalısınız. Çözümünüzü bir araştırma yolu ile elde ederseniz (örn. bir internet araması), çözümü kendi cümle ve/veya kodunuz ile ifade etmelisiniz. Çözümü sözlü olarak sorulduğunda, öğrencinin açıklayabilmesi beklenmektedir.
Verilen ödev bir kod ise, kendinizin yazması gerekmektedir. Hata ayıklamada başkalarından yardım alabilirsiniz. Kodda intihal tespiti için manuel ve otomatik mekanizmalar kullanılacaktır. İntihal, sınav içi kopya ve benzeri davranışlar disiplin yönetmeliğine göre cezalandırılır.
