Beágyazott és ambiens rendszerek - 2014.05.29. vizsga

← Vissza az előző oldalra – Beágyazott és ambiens rendszerek

A 2014.05.29. vizsga A és B csoportjának feladatai.

PDF - 2014 tavasz 1. vizsga

1. feladat

Írja le röviden a szuperskalár architektúra lényegét. Alkalmas-e valósidejű alkalmazások futtatására?

Megoldás

Párhuzamosan futtatható műveletek feltérképezése futási időben. Ugró utasítás predikció.

Nem, nem kiszámítható a futási idő.

2. feladat

Rajzolja le, hogyan valósítható meg FPGA-ban tetszőleges 5 változós logikai függvény LUT4 és multiplexerek segítségével.

Megoldás

A rendkívül jól használható FPGA-s pdf-ből:

Tehát van 2 4-4 bemenetű LUT, azaz 2 db 4 változós függvény, majd a kimenetek közül egy MUX választ, amit az 5. bemenet vezérel, tehát ez egy 5 változós függvény.

3. feladat

Feldolgozóegységekben (processzor, mikrokontroller, DSP) milyen alapvető lehetőségek vannak a sebesség növelésére? Soroljon fel legalább 3-at! A javított hagyományos DSP-k ezek közül melyikben tudnak többet, mint a hagyományos DSP-k?

Megoldás

Sebesség növelés

• órajel növelés
• több feldolgozó egység
• pipeline

Javított hagyományos DSP

• szélesebb regiszterek
• több műveletvégző egység
• SIMD (Single Instruction Multiple Data)

4. feladat

Rajzolja fel a Szigma-Delta AD átalakító blokkvázlatát. (Nem csak a modulátorét, hanem az egészet.) Jelölje be rajta minden egyes blokk be és kimenetén, hogy analóg vagy digitális-e a jel, ha digitális, akkor mekkora a mintavételi frekvencia és a bitszám.

Megoldás

Tantárgyi pdf 61. oldal:

5. feladat

Rajzoljon áram kimenetű string (lánc) DA átalakítót. N bites átalakítóhoz hány ellenállás és hány kapcsoló kell?

Megoldás

Tantárgyi pdf 75. oldal:

2^N-1 ellenállás és kapcsoló szükésges

6. feladat

Egy mikrokontrollerben lévő ADC THD+N-jét szeretnénk mérni. Hogyan tenné? Adja meg a mérési elrendezést, mi a gerjesztés, mit mérsz, mit számítasz. Adja meg a THD+N képletét, és a betűk jelentését.

Megoldás

72. oldal:

7. feladat

Rajzolja le a lineáris interpoláló szűrő átviteli függvényét a 0..fs,új tartományban. fs,régi és fs,új aránya K=3.

Megoldás

8. feladat

Egy lineárfázisú FIR aluláteresztő szűrőt milyen paraméterekkel specifikálna? Rajzolja le, jelölje a nevezetes pontokat és nevezze meg a paramétereket.

Megoldás

9. feladat

CAN protokoll hogyan gondoskodik arról, hogyha egy csomópont hibát érzékel, akkor az az üzenet a többi csomópont számára is hibás legyen?

Megoldás

Bármelyik állomás, amelyik hibát észlel, a hiba észlelését köteles a buszon tartózkodó többi egységgel azonnal tudatni. Ezt az adatátvitelnek az ún. hibajelzéssel történő megszakításával érjük el, aminek két típusa létezik: az aktív hibajelzés (active error flag) hat darab egymás utáni domináns értékű bitből áll, a passzív hibajelzés (passive error flag) pedig hat darab recesszív értékű bitből. Az aktív (és passzív) hibajelzés szándékosan megsérti a bitbeszúrás szabályát, amit a többi egység érzékelni fog és ennek megfelelően ők is egy hibajelzést küldenek a buszra, illetve az üzenetnek a hibajelzésig

beérkezett tartalmát eldobják.

10. feladat

FlexRay milyen busztopológiát használ, hogy hibatűrő legyen? Rajzoljon le egy ilyen topológiát, és írja le, mi biztosítja a hibatűrő viselkedést.

Megoldás

1. feladat

Rajzolja fel egy DDS rendszer blokkvázlatát. Jelölje be a tipikus bitszámokat. Mekkora a kimeneti frekvencia, ha az órajel frekvenciája fc, a fázisregiszter M bites, a delta fázisregiszter tartalma pedig K? Mekkora a frekvencia felbontás?

Megoldás

2. feladat

Mi az alapvető követelmény az FPGA-ban egy logikai cellával szemben?

Megoldás

3. feladat

Adjon meg az alábbi kód alapján két olyan tulajdonságot, amely DSP-kre jellemző. MX0 = DM(I0, M1); MY0 = PM(I4, M5);

Megoldás

4. feladat

Rajzolja le a MagAmp erősítőt tartalmazó 3 bites Bit-per-stage ADC blokkvázlatát és a MagAmp fokozat kapcsolását.

Megoldás

PDF 69. oldal

5. feladat

Hány ellenállás szükséges, ha 14 bites Kelvin-Varley típusú ADC-t szeretnénk 7+7 bites felosztással, vagy lánc típusút felosztás nélkül.

Megoldás

Dabóczi jegyzete alapján a Kelvin-Varley osztóval 2⁷+2⁷=2⁸=256 ellenállás, lánc típussal pedig 2¹⁴=16384 szükséges.

Érdekesség, hogy a KV osztónál úgy érhetünk el minimális alkatrész számot, hogy egyenlően osztjuk el a biteket a két fokozat között, ahogy a feladatban is történt.

6. feladat

Mikrokontroller belső ADC-jét mérjük. Hogyan határozná meg a SINAD-ot? Mérési elrendezés, mi a gerjesztés, mit mérünk, mit számítunk. Adja meg a SINAD definícióját egy képlettel, és a betűk jelentését.

Megoldás

Egy ismert sűrűségfüggvényű jelet adunk az átalakító bemenetére. A kimeneti kódok hisztogramját előállítva és összevetve az eredeti jel sűrűségfüggvényével, az átalakító statikus karakterisztikája ill. számos egyéb paramétere meghatározható. (Labor 2 7. mérés segédlete)

Mivel nekünk most a zaj és a torzulás lényeges, ezért a kimeneti adatsort Fourier-transzformáljuk (FFT/DFT). Célszerű szinuszjellel gerjeszteni, mert egyszerű a spektruma. Más periodikus jelekkel elméletben ugyanaz jön ki, de gyakorlatilag csak zavarnának a felharmonikus komponenseik. Ahhoz, hogy a hisztogramunk a tényleges helyzetet tükrözze, egész számú periódust kell mintavételezni, koherens mintavételezés szükséges, a következő összefüggés szerint:

$f_{i}={\frac {J}{M}}f_{s}$, ahol M a minták száma, J a mintavett periódusoké, f_i a jel frekvenciája, f_s pedig a mintavételi frekvencia.

Illetve a pontos méréshez fontos még, hogy az átalakító legyen kivezérelve (FS közelében), de ne legyen túlvezérelve (ne vágja le a szinuszt).

FFT-vel meghatározzuk a spektrumot (ha a kontroller nem képes FFT-re, akkor a mintákatból Matlabban megoldható). Az alapharmonikus a jel frekvenciájánál adott A jelszintű, ez a legnagyobb tüske. A többi harmonikus a jel felharmonikusai (distortion, H_i) és a zaj (noise, N_i). A SINAD számítása innen:

$SINAD={\frac {A}{\sqrt {\sum \limits _{N}{H_{i}^{2}}+\sum \limits _{M}{N_{i}^{2}}}}}$

Az említett Labor 2 jegyzetben van bonyolultabb képlet is, de szerintem ez elég így.

Definíció szerint a SINAD (SIgnal-to-Noise And Distortion ratio) megadja a jelteljesítmény, valamint a zaj és a harmonikusok együttes teljesítményének az arányát.

7. feladat

Mi a hatása a DAC kimenetén a ZOH-nak, hogyan módosul a jel spektruma. Adja meg a jel spektrumát ZOH nélkül és ZOH-hal. Jelölje be az f tengelyen a karakterisztikus pontokat, pl. fs. Adja meg a ZOH átviteli függvényét.

Megoldás

Nulladrendű tartó hatása A DA átalakító a kimenetén a diszkrét értéknek megfelelő feszültségszintet a következő mintavételi időpontig tartja. Ezt hívják nulladrendű tartónak. Ezáltal a kimenet lépcsős lesz. Ez a lépcsősség abból ered, hogy a kimenet csak adott időpillanatokban változik, tehát ez nem a kvantáló hatása. (Természetesen a kvantáló miatt is csak diszkrét feszültségszintek jelenhetnek meg, de a két hatás egymástól független.) A nulladrendű tartó hatása modellezhető úgy, hogy a diszkrét jelsorozat konvolválódik egy analóg négyszög ablakkal, melynek a szélessége a mintavételi idő. A diszkrét jel spektruma a négyszög ablak spektrumával (sinc) szorzódik. A sinc leszívási pontjai a mintavételi frekvencia egész számú többszöröseinél vannak. Megjelennek az ismétlődő spektrumok a sinc oldalhullámainak csillapításával. A sinc főhulláma az alap spektrumban is mérhető torzítást okoz. Ahol ez gond, ott általában a nulladrendű tartó átviteli függvényét kompenzálják, mielőtt a DA-ra kerülne a jel.

8. feladat

Háromszorozó interpoláló szűrő működése. Milyen műveleteket milyen sorrendben végez. Rajzolja le a szűrő specifikációját. (fs,új; fs,régi)

Megoldás

9. feladat

SPI rajz: 1 master, 3 slave, 1 slaveselect. Jelölje a jelvezetékek elnevezéseit az adott egység szempontjából.

Megoldás

Az 1 slave select jel szerintem slave eszközönként értendő, tehát összesen 3 jelre van szükség. Ha 1 közös select jel lenne, akkor az összes slave egyszerre vezérelné a MISO vonalat, ami, mivel aktív meghajtású, eltérő jelszinteknél (eltérő kiírt bitnél) keresztbehajtást okozna. Ez pedig hajlamos lenne a slave eszközök SPI interfészének elégetésére.

Az adott egység szempontjából szokás MISO helyett SO-nak, mint Serial Output, és MOSI helyett hasonlóan SI-nek nevezni a vezetékeket a slave egységen, a masteren pedig értelemszerűen fordítva, a feladat így kéri.

Ellenben, ha tényleg csak egy slave select van, lehetséges, hogy daisy chain-ben vannak a slave-ek, tehát a MISO a masterről megy az egyik outputjára, az ő inputjára a következő outputja és így tovább. Így tényleg csak egy select kell és működőképes a rendszer, de a vadonban nem láttam még olyan eszközt, ahol ennek értelme is lenne.

10. feladat

FlexRay hogyan biztosítja a byte szintű órajel szinkronizációt?

Megoldás

FlexRay diasor #20

Beágyazott és irányító rendszerek - Villamosmérnök BSc
Közös tárgyak	Beágyazott és ambiens rendszerek  •  Mikrokontroller alapú rendszerek  •  Programozható irányítóberendezések és szenzorrendszerek
Szakirány laborok	Beágyazott és ambiens rendszerek laboratórium  •  Mikrokontroller laboratórium  •  Programozható irányítóberendezések és szenzorrendszerek laboratórium