Методическая разработка Применение информационных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе
методическая разработка по теме

Всероссийский конкурс методических разработок педагогов, реализующих дополнительные образовательные программы технической направленности

Министерство образования и науки Челябинской области

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

(среднее специальное учебное заведение)

«Кыштымский радиомеханический техникум»

Номинация: Применение информационных и телекоммуникационных технологий в учебном процессе

Использование инструментальной среды разработки программного обеспечения для цифровых сигнальных процессоров Visual DSP++ в учебном процессе

Автор: Кускова Марина Викторовна

ГБОУ СПО (ССУЗ) «КРМТ»

456870 Челябинская обл.

 г.Кыштым, , ул.Ленина, д.13

Кыштым 2013

Содержание

Введение

Современные условия диктуют использование компьютерных технологий на всех стадиях учебного процесса, от подготовки к практическим и теоретическим занятиям, и до проведения научных исследовательских работ. Подготовка высококвалифицированных специалистов, способных к профессиональному росту и профессиональной адаптации в условиях информатизации общества и развития наукоемких технологий требует теоретических и практических знаний информационных технологий.

Компьютерные технологии позволяют достаточно эффективно заменить современные дорогостоящие приборы при проведении практических и лабораторных занятий.

Актуальность обучающих компьютерных программ заключается в том, что они позволяют реализовать  одно из наиболее перспективных направлений применения новых информационных технологий в преподавании и изучении любого предмета. Они позволяют иллюстрировать важнейшие понятия курса на уровне, обеспечивающем качественные преимущества по сравнению с традиционными методами изучения.

Цель использования обучающих программ:

- существенное повышение наглядности;

- активизация познавательной деятельности студента;

-сочетание механизмов вербально-логического и образного мышления.

Одной из важнейших причин использования обучающих программ является потребность моделирования или визуализации каких-либо динамических процессов, которые затруднительно или невозможно воспроизвести в пределах учебного заведения.

 В обучающих программах широко используется интерактивная графика, анимация, математические модели, позволяющие обучаемому при помощи мышки и клавиатуры не просто наблюдать, но и виртуально участвовать в процессе, включённом в обучающую программу [2].

 Информационные технологии в учебном процессе требуют создания другой организационной формы обучения, нежели  просто урок. Они изменяют методы и приемы проведения занятий, создают иное качественное состояние учебного процесса. Обучение с помощью компьютера изменяет функции учителя, меняет соотношение между прямым и опосредованным воздействием на учащихся. [4]

 1 Обоснование актуальности использования Visual DSP++ в учебном процессе и на дополнительных занятиях

В соответствие с требованиями федерального государственного образовательного стандарта  среднего профессионального образования по специальности 230113 «Компьютерные системы и комплексы» в результате изучения профессионального модуля ПМ02 «Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования», студенты должны уметь составлять программы на языке ассемблера для микропроцессорных систем, производить их тестирование и отладку.

На практике реализовать данное требование по подготовке выпускников оказалось не просто. Возникла необходимость приобретения либо дорогостоящих микроконтроллеров и соответствующих программаторов к ним, либо не менее  дорогостоящих обучающих стендов.

Выбор наиболее подходящего для проведения практических работ программного обеспечения явился наиболее приемлемым выходом из сложившейся ситуации.

Изучив существующее программное обеспечение для программирования микропроцессорных систем, выбор был сделан  в пользу интегрированной среды разработки программного обеспечения для цифровых сигнальных процессоров Visual DSP++ (далее ИСРПО VDSP).

Этот программный продукт, выпущенный компанией Analog Devices, работает под управлением ОС Windows 2000 SP4, WindowsXP SP2, WindowsVista или Windows 7Business/Enterprise/Ultimate edition и  поддерживает семейства процессоров TigerSHARC, SHARC и Blackfin.

ИСРПО VDSP может быть загружена с веб-сайта компании (http://www.analog.com/processors/testdrive) после бесплатной регистрации.

По завершении регистрации пользователю высылается серийный номер, дающий возможность работать с пакетом VisualDSP++ в тестовом режиме в течение 90дней.

VDSP предлагает программистам мощный инструмент программирования с высокой гибкостью, которая значительно сокращает время, необходимое для разработки программного обеспечения (ПО) для DSP.

VDSP включает в себя:

• интегрированную среду разработки (Integrated Development Environment - IDE) ПО для систем на базе DSP;
• отладчик (Debugger), который позволяет эффективно управлять процессом программирования и дает возможность программисту просто и легко писать, редактировать и отлаживать программу;
• Си-компилятор, с помощью которого можно повысить гибкость процесса программирования;
• библиотеки специальных функций;
• ассемблер и компоновщик или редактор связей (Linker) с поддержкой режимов моделирования и эмуляции.

Исходные файлы (Source files) и конфигурации инструментальных средств (Tool configurations), входящие в файл проекта (расширение файла проекта - DPJ), используются для создания DSP программ. Интегрированная среда разработки ПО и отладчик содержат встроенный интерфейс (рисунок 1), позволяющий управлять разработкой проекта от начала и до конца. [3]

Основной структурной единицей в VisualDSP++ является проект - совокупность исходных файлов программы и настроек утилит среды, которые используются при создании программы, предназначенной  для исполнения процессором (или многопроцессорной системой). Вся информация о проекте хранится в VisualDSP++ в файле  с расширением .dpj.

На первом этапе пользователь создает файл проекта (.dpj) и настраивает его параметры (тип процессора, настройки ассемблера, компилятора, компоновщика и т.д.). Для упрощения создания проектов в состав VisualDSP++ входит утилита под названием Project Wizard, которая позволяет в интерактивном режиме настроить параметры проекта, а также автоматически сгенерировать ряд вспомогательных файлов, включая файл описания линкера и run-time заголовок, с учетом специфики  используемой платформы. [6]

Рисунок 1 – Интерфейс ИСРПО VDSP

Кроме использования ИСРПО VisualDSP++ на учебных занятиях,  данный программный продукт используется и на занятиях научно-технического общества студентов, где осуществляется более глубокое, детальное изучение возможностей инструментально среды и углубленное изучение языка программирования Ассемблер.

2 Пример использования  ИСРПО VDSP для изучения темы: «Прерывания и исключения»

Прерывание - это принудительная передача управления от выполняемой программы к подсистеме обработки прерываний, происходящая при возникновении определенного события. Прерывание представляет собой механизм, позволяющий координировать параллельное функционирование отдельных устройств вычислительной системы и реагировать на особые состояния, возникающие при работе процессора.

        Основная цель введения прерывания - это реализация асинхронного режима работы и распараллеливание работы отдельных устройств. Механизм прерывания реализуется аппаратно-программным путем. Прерывание всегда влечет за собой изменение порядка выполнения команд процессора.

        Сигналы прерывания формируются вне процессора или в самом процессоре. Они могут возникать одновременно и выбор одного из них для обработки осуществляется на основе приоритетов, предписанных каждому типу прерываний. Сигнал с более высоким приоритетом обрабатывается в первую очередь. Обработка остальных сигналов прерываний откладывается.

        Исключения (внутренние прерывания) возникают когда процессор определяет возникновение ошибки (detects error condition) в процессе выполнения инструкции. Например, деление на ноль.

        Прерывание - это определенное событие при возникновении, которого процессор переключается на выполнение процедуры обработки прерываний. Эта процедура задается путем вектора прерываний. Все вектора прерываний описываются в таблице векторов прерываний. Таблица векторов прерываний и их приоритет для процессора ADSP21160 представлены ниже:

Таблица 1 – Таблица векторов прерываний и их приоритет

        Запрос прерывания признается истинным, если он не маскирован, если все прерывания разрешены и не ведется обработка прерываний с более высоким приоритетом. Если запрос признается истинным, то происходит обработка этого прерывания, т.е. выполняется переход по адресу, зарезервированному для этого прерывания.

        Векторы прерываний расположены с интервалом в несколько команд. Обращение к ним осуществляется с помощью команды перехода. Возврат к основной программе происходит, когда выполняется команда RTI. Процессор не может обрабатывать прерывания, если он находится в состоянии IDLE (пониженное энергопотребление). [5]

2.1 Пример  задания для студентов

        На основе вышеизложенного материала изучить порядок обработки прерываний для процессора ADSP21160 и написать процедуру обработки для прерывания IRQ0I, которая позволяла бы сложить элементы массива, размерностью 5, а результат поместить в память данных по адресу  0x050008.

        Составить алгоритм работы программы в виде  блок-схемы.

2.2 Пример выполненного задания

Код программы для вышеизложенного задания  должен состоять из двух частей: основной программы и подпрограммы обработки прерывания.

        Код программы на языке Ассемблер:

#define n 5

#define step 1

#include

.section/dm seg_dmda;

.VAR input_data[n]="data.dat";

.section/pm seg_rth;

__reset:

Reserved_1:                 NOP; NOP; NOP; NOP;                // 0x0-0x3

Chip_Reset:      NOP; JUMP _START; NOP; NOP;    // 0x4-0x7

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0x8-0xB

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0xC-0xF

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0x10-0x13

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0x14-0x17

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0x18-0x1B

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0x1C-0x1F

                                NOP; JUMP _IRQ; NOP; RTI;        // 0x20

                                RTI; NOP; NOP; NOP;                // 0x24                

.section/pm seg_pmco;

_START:

        bit set mode1 IRPTEN;

        bit set IMASK IRQ0I;

r1=1;  

r2=2;

        bit set IRPTL IRQ0I;

nop;

nop;

r4=r1*r2(ssi);        

        idle;

_IRQ:

i0=input_data;

        r3=0;

        LCNTR=5;

        do cycle until LCE;

                r0=dm(i0,step);

                cycle:r3=r3+r0;

dm(0x050008)=r3;        

bit clr mode2 IRQ0I;

rti;

Рисунок 2 – Иллюстрация готового проекта в ИСРПО VDSP

Рисунок 3 – Алгоритм работы программы

2.3 Примеры заданий для проведения дополнительных занятий  с использованием  ИСРПО VDSP

Задания для проведения практических работ по программированию цифрового процессора ADSP21160 на языке Ассемблер приведены в таблице 2.

Таблица 2

3 Заключение

Внедрение обучающих компьютерных программ оказывает заметное влияние на содержание образования и  качество подготовки выпускников, обеспечивает более полноценную организацию учебной деятельности.

Можно отметить повышение мотивации процесса обучения, благодаря интересу студентов к компьютерной технике и осознанию полезности полученных навыков и знаний в процессе трудоустройства.

Для преподавателя внедрение в процесс обучения компьютерных программ также нельзя переоценить. Появляется возможность выбора способов обучения: это может быть индивидуальное обучение (каждый студент получает индивидуальное задание и, общаясь непосредственно с преподавателем, выполняет его), либо это может быть групповая или коллективная форма работы (студенты получают задание на группу и в процессе коллективного диалога совместно выполняют задание).

 При этом роль проверяющего может отводиться компьютерной программе, которая укажет на наличие или отсутствие ошибок. Здесь компьютер выступает в роли «терпеливого репетитора».

Методы обучения также могут быть разными. На начальном этапе проведения практических работ может быть использован репродуктивный метод. Здесь деятельность обучаемых носит алгоритмический характер, т.е. выполняется по инструкциям, предписаниям, правилам в аналогичных, сходных с показанным образцом ситуациях.

На заключительном этапе обучения (ПМ02 Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования), в процессе работы над курсовым проектом, а также на занятиях научно-технического общества студентов, используется в основном исследовательский метод обучения.  [1]

Список литературы

1 Бордовская Н.В., Реан А.А. Педагогика: Учеб. для вузов. - Сб.Питер, 2000. 

2 Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.

3 Сидоренко В.Г., Андреев Д.А., Петров А.Г., Федоров А.В. Интегрированная среда разработки программного обеспечения  для сигнальных процессоров Visual DSP. – М.: МИИТ, 2003.

        4 Гребенщикова В.Ю. Информатизация в организации творческой познавательной деятельности учащихся. //Сборник научных статей. Великий Новгород: НовГу им. Ярослава Мудрого, 2000.

5 http://do.gendocs.ru/docs/index-391403.html - Программно-технический комплекс Учебное пособие Новочеркасск юргту (нпи) 2010.

6http://www.inp.nsk.su/students/radio/courses/d_signal/VisulaDSP_intro.pdf.-Компоненты и технологии No 3 '2010.Компоненты ЦСП.