Informática Industrial

(Código 600011)

Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial (G60)

Universidad de Alcalá

Curso Académico 2019/2020 Curso 2º – Cuatrimestre 2º

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GUÍA DOCENTE

Nombre de la asignatura: Informática Industrial Código: 600011

Titulación en la que se imparte: Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial

Departamento y Área de Conocimiento: Dpto. Automática

Carácter: Obligatoria

Créditos ECTS: 6

Curso y cuatrimestre: Segundo curso. Cuarto cuatrimestre

Profesorado: Los profesores que impartirán la asignatura se publicaran en el Entorno de Aula Virtual

Horario de Tutoría:

Las tutorías de los profesores que impartan la asignaturas se publicaran en el Aula Virtual, y adicionalmente, en la página web del departamento de Automática1

Idioma en el que se imparte: Español

1.a. PRESENTACIÓN

Informática Industrial es una asignatura obligatoria que se imparte en el cuarto cuatrimestre, dentro del segundo curso del Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial. Se trata de la segunda de las asignaturas de la materia de Informática, que engloba también la asignatura de Informática, de carácter básico, que se incluye en el curso primero. En esta asignatura se introducirán al alumno los conceptos elementales relacionados con los computadores y la generación de programas que puedan dar solución a problemas industriales. Se describirán y justificarán los distintos elementos programables desde el punto de vista de sus distintas funcionalidades. Se introducirá al estudiante en los conceptos relativos a la creación y mantenimiento de programas. También se le presentara la utilidad de los sistemas operativos y de los sistemas de tiempo real como solución a problemas industriales. El alumno aprenderá la forma de construir programas que resuelvan este tipo de problemas utilizando las herramientas básicas proporcionadas por un lenguaje de programación de propósito general. 1 http://www.uah.es/centros_departamentos/departamentos/ingenieria_arquitectura/automatica.asp

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Prerrequisitos y Recomendaciones Se recomienda altamente haber cursado la asignatura de Informática, en el primer curso

1.b. COURSE SUMMARY

Industrial Informatics is a compulsory curse for the Degree in Industrial Electronics and Automation Engineering lectured in the second year, second semester. It is the second course of two on the matter of Computer Programming; the first is a basic course offered in first year. In this subject the student is introduced to the elementary concepts of computers and the development of programs for industrial engineering, describing programmable elements from a functional point of view. Concepts covered include Microcontroller programming, operating systems and real time systems focused on the solution of industrial problems and situations. The program development part is done using a general-purpose programming language. Requirements and Recommendations It is strongly recommended to have taken the Computer Programming course offered in the first year

2. COMPETENCIAS

Competencias genéricas:

Esta asignatura contribuye a adquirir las siguientes competencias genéricas definidas en el apartado 3 del Anexo de la Orden CIN/351/2009:

TR2: Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones.

TR3: Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial.

TR4: Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos.

TR9: Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar.

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Competencias profesionales:

A su vez, esta asignatura permitirá adquirir las siguientes competencias definidas en el Apartado 5 del Anexo de la Orden CIN/351/2009:

CEI6: Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos, digitales y de potencia.

CEI10: Conocimiento aplicado de informática industrial y comunicaciones

Resultados de Aprendizaje:

Los resultados esperados del aprendizaje, expresados en forma de los conocimientos y capacidades y aptitudes que el alumno debe haber conseguido son las siguientes:

RASP6. Explicar la arquitectura de los computadores y de los sistemas informáticos industriales basados en microprocesador.

RASP7. Explicar las características básicas de los sistemas operativos y las herramientas de desarrollo de aplicaciones informáticas industriales.

RASP8. Explicar las características básicas que presentan los sistemas empotrados y de tiempo real utilizados para el control de procesos industriales.

RASP9. Manejar las técnicas de diseño y desarrollo de sistemas de control de procesos industriales basados en un microprocesador específico.

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3. CONTENIDOS

Bloques de contenido Total de clases, créditos u horas

Tema 1. Conceptos de Arquitectura de Computadores

Introducción. Arquitectura. La CPU. Registros. Memoria. Formato y codificación de las instrucciones. Modos de direccionamiento. Tipos de Instrucciones. Temporización de instrucciones. Reset. Subrutina y pila. Concepto de Interrupción. Interfaces con los Periféricos

20T + 14P

Tema 2. Herramientas de desarrollo de aplicaciones Informáticas industriales

Fases de desarrollo de un programa. Edición. Compilación. Depuración. Simulación. Volcado y ejecución en plataforma. Control de versiones

1T + 2P

Tema 3. Sistemas Operativos.

Introducción. Concepto de Sistema Operativo. Sistemas Operativos aplicados a la informática industrial. Concepto de Proceso. Concepto de Hilo. Sincronización

4T + 8P

Tema 4. Sistemas Operativos de Tiempo Real

Introducción. Definición de características temporales. Determinación de Cumplimiento de Plazos. Secuenciación de Tareas y Control. Sistemas Empotrados

1T + 0P

Tema 5. Programación de una aplicación software de informática industrial sobre un microprocesador con arquitectura ARM y usando un sistema operativo empotrado (Linux o similar)

0T + 6P

4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS

4.1. Distribución de créditos (especificar en horas)

Número de horas presenciales: 58 horas (56 horas de clase presencial + 2 horas de evaluación)

Número de horas del trabajo propio del estudiante: 92 horas

Total horas 150 horas = 6 ECTS

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4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos

La estrategia docente se basa en un modelo de aprendizaje reflexivo, que facilita el descubrimiento y la reflexión crítica de conceptos con los que pudieran estar familiarizados así como su aplicación a los problemas planteados. Para tal fin se realizarán exposiciones de la teoría en los grupos grandes, resumiendo los conceptos más importantes y haciendo descubrir nuevas necesidades en el conocimiento a partir del aprendizaje basado en problemas. La herramienta básica para esta parte será la clase magistral, apoyándose en medios como transparencias o exposiciones por ordenador para facilitar el aprendizaje. En los grupos pequeños y en el trabajo de laboratorio se propone una estrategia participativa y activa del alumno que enriquezca los conceptos de la teoría y ayude a verificar su evolución en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Estos grupos reducidos se utilizarán para la resolución de problemas por parte del profesor así como la realización del trabajo de la asignatura consistente en el desarrollo de aplicaciones informáticas relacionadas con cada uno de los conceptos que se imparten en las clases magistrales. Además en estos grupos reducidos se trabajará con las herramientas software adecuadas para la realización de la planificación. Podrán emplearse las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones como apoyo a las actividades formativas (uso de Internet, foros y correo electrónico, materiales disponibles en las plataformas de teleformación, etc.) y como medio para completar el proceso de enseñanza-aprendizaje.

Sesiones en Grupo Grande

Exposición teórica en pizarra, diapositivas y demostraciones con el ordenador.

Sesiones en Grupo Pequeño

Resolución de problemas en grupo y resolución de prácticas individuales por cada alumno.

Se considera la posibilidad de implementar otra metodología docente con orientación más práctica y orientada a un aprendizaje significativo, pero condicionado al número final de alumnos por Grupo Grande así como a los recursos de que se dispongan.

5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación

Procedimientos:

El estudiante tiene derecho a disponer de dos convocatorias, una ordinaria y otra extraordinaria. En la convocatoria ordinaria, los alumnos seguirán un proceso de evaluación continua. De forma excepcional, y debido a motivos justificados recogidos en la normativa publicada por la Dirección del Centro, los alumnos podrán optar a la evaluación final siguiendo los procedimientos y plazos publicados en dicha normativa.

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Los estudiantes que hayan seguido la evaluación continua y no la hayan superado, no podrán acogerse a esta evaluación final de la convocatoria ordinaria. En todas las modalidades de evaluación, es importante destacar en el proceso de aprendizaje del alumno, el valor de las prácticas, debido al carácter eminentemente práctico de la asignatura. Con el desarrollo de estas prácticas, el alumno no solo complementa y refuerza los conocimientos adquiridos por otros canales de aprendizaje, sino que adquiere conocimientos nuevos que no recibirá en las clases presenciales.

Criterios de evaluación

Los Criterios de Evaluación deben atender al grado de adquisición de las competencias por parte del estudiante. Para ello se definen los siguientes.

CE1: El alumno muestra capacidad e iniciativa a la hora de resolver problemas prácticos asociados al diseño de aplicaciones informáticas aplicados a problemas industriales.

CE2: El alumno puede realizar un diseño completo de un sistema basado en micro-controlador, partiendo de unas especificaciones de funcionalidad, recursos y tiempo de ejecución

CE3: El alumno puede clasificar e identificar los factores esenciales de las arquitecturas de los sistemas basados en microcontrolador.

CE4: El alumno posee conocimientos técnicos sobre el desarrollo de aplicaciones software de propósito general, así como los referentes a sistemas empotrados y sistemas de tiempo real.

CE5: El alumno es capaz de desarrollar herramientas software que vayan a ejecutarse con el apoyo de un sistema operativo.

CE6: El alumno es capaz de programar correctamente un microprocesador utilizando un entorno de desarrollo.

Instrumentos de evaluación

Esta sección especifica los instrumentos de evaluación que serán aplicados a cada uno de los criterios de Evaluación.

1. Pruebas de Evaluación Parcial (PEP): Consistente en la resolución de problemas prácticos, así como la respuesta a cuestiones sobre los conceptos básicos del desarrollo de aplicaciones. En concreto las siguientes:

PEP-1: Evaluación mediante cuestiones/problemas/código de la materia de desarrollo de una aplicación informática sobre microcontrolador que resuelva un determinado problema industrial, y posiblemente haga uso de los servicios ofrecidos por un Sistema Operativo

PEP-2: Resolución de cuestiones prácticas del desarrollo de aplicaciones sobre plataforma basada en microcontrolador.

PEP-3: Resolución de cuestiones relativas al desarrollo de las practicas del laboratorio, donde se tratan aspectos prácticos de la realización de aplicaciones sobre microcontrolador.

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2. Prácticas de la asignatura (PA): El trabajo de prácticas de la asignatura

consiste en un diseño hardware y software de aplicaciones que a partir de unos datos de entrada sean capaces de ofrecer los resultados que se obtienen al aplicarles un cierto procesado. Se presentarán los trabajos realizados.

3. Pruebas Examen final (PEF): Consistente en la resolución de problemas industriales mediante una aplicación informática así como la demostración del conocimiento de los conceptos teóricos de los mismos.

Criterios de Calificación

Esta sección cuantifica los criterios para la superación de la asignatura

Convocatoria Ordinaria (Evaluación Continua):

La siguiente tabla resume las relaciones entre las competencias, los resultados de aprendizaje y los elementos de evaluación de esta asignatura. Igualmente se especifica el peso de cada instrumento de evaluación en la calificación final:

Competencia Resultado Aprendizaje

Criterio de Evaluación

Instrumento de Evaluación

Peso en la calificación

CEI6, CEI10, TR2,TR3,TR9, RASP6, RASP9 CE1,CE5,

CE3,CE4 PEP-1 40%

TR3,TR4, CEI10 RASP7, 8, y 9 CE2,CE5,CE6 PEP-2 40%

TR2,TR3,CEI10 RASP7,RASP9 CE5,CE6 PEP-3 20%

Es requisito para la superación de la asignatura en la evaluación continua la superación de las Prácticas de la Asignatura (PA), puesto que conforman la parte práctica según el artículo 6.4 de la normativa. La asignatura se considerará superada cuando la media ponderada de las pruebas de Evaluación sea igual o superior a 5.0. Es, además, necesaria la asistencia a un porcentaje mínimo del 70% las clases presenciales, siendo las clases presenciales de evaluación de prácticas totalmente necesaria la presencia del alumno. Como criterio general, aquellos alumnos en convocatoria ordinaria que no se presenten a la evaluación de todas las pruebas de evaluación se considerarán No Presentados. Es requisito para la superación de la asignatura en el procedimiento de evaluación continua la realización de cada una de las pruebas (pruebas intermedias y prácticas) que se plantean en la guía docente.

Convocatoria Ordinaria (Evaluación Final):

La evaluación final de la convocatoria ordinaria, constará de una única prueba que constituirá el 100% de la nota de la asignatura. Es necesario para poder optar a esta prueba, la presentación de las prácticas (PA). El plazo para la presentación de las

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prácticas será el indicado por el profesor y publicado en la plataforma de la asignatura.

Competencia Resultado Aprendizaje

Criterio de Evaluación

Instrumento de Evaluación

Peso en la calificación

CEI6,CEI10, TR2-TR4,TR9 RASP6-RASP9 CE1-CE6 PEF 100%

La asignatura se considerará superada cuando la calificación de la prueba sea igual o superior a 5.0. Como criterio general, aquellos alumnos que no se presenten a la prueba de evaluación final se considerarán No Presentados.

Convocatoria Extraordinaria:

En la convocatoria extraordinaria, los alumnos que no hayan superado la convocatoria ordinaria realizarán una única prueba que constituirá el 100% de la nota de la asignatura. Es necesario para poder optar a esta prueba, la presentación de las prácticas (PA). El plazo para la presentación de las prácticas será será el indicado por el profesor y publicado en la plataforma de la asigantura.

Competencia Resultado Aprendizaje

Criterio de Evaluación

Instrumento de

Evaluación

Peso en la calificación

CEI6,CEI10, TR2-TR4,TR9 RASP6-RASP9 CE1-CE6 PEF 100%

La asignatura se considerará superada cuando la calificación de la prueba sea igual o superior a 5.0. Como criterio general, aquellos alumnos que no se presenten a la prueba se considerarán No Presentados.

6. BIBLIOGRAFÍA

Bibliografía Básica

• Desarrollo con microcontroladores ARM Cortex-M3. Ed. Puntolibro, 2012 Sergio R. Caprile.

• Introducción a los Sistemas Operativos. Ed. Servicio de publicaciones de la Universidad de Alcalá. Sebastian Sanchez Prieto.

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• The definitive Guide to the ARM CORTEX-M3. Second Edition, Joseph Yiu. Elsevier.

• Pthreads Programming. Ed: O’Reilly. Bradford Nichols, Dick Buttlar & Jacqueline Proulx Farrel.

Bibliografía Complementaria

• Introducción a la Informática. McGraw Hill. Prieto, Lloris, Torres.

• Sistemas Operativos modernos. Ed. Pearson Education. Andrew S. Tanenbaum.

• Ingeniería del Software. Un enfoque práctico. Ed. McGraw-Hill. Roger S. Pressman

• La Biblia de Linux. MP Ediciones. Héctor Facundo Arena

Industrial Informatics (Code 600011)

Degree in Industrial Electronics and Automation Engineering (G60)

Universidad de Alcalá

Curso Academic Year 2019/2020 2nd year – 2nd Semester

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COURSE GUIDE

Name of Subject: Industrial Informatics

Code: 600011

Degree taught: Degree in Industrial Electronics and Automation Engineering (G60)

Department and Area of Expertise: Automatics Department

Type: Compulsory subject

ECTS credits: 6

Year and semester 2nd year – 2nd Semester

Teaching Staff: Will be published in Aula Virtual

Office Hours Will be published in Aula Virtual, teacher's and Dep Automatica's web pages1

Language: English Friendly

1. PRESENTATION

Industrial Informatics is a compulsory curse for the Degree in Industrial Electronics and Automation Engineering lectured in the second year, second semester. It is the second course of two on the matter of Computer Programming; the first is a basic course offered in first year. In this subject the student is introduced to the elementary concepts of computers and the development of programs for industrial engineering, describing programmable elements from a functional point of view.

1 http://www.uah.es/centros_departamentos/departamentos/ingenieria_arquitectura/automatica.asp

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Concepts covered include Microcontroller programming, operating systems and real time systems focused on the solution of industrial problems and situations. The program development part is done using a general-purpose programming language. Requirements and Recommendations It is strongly recommended to have taken the Computer Programming course offered in the first year

2. SKILLS

Generic Skills:

This course contributes to acquire the following Generic Skills defined in Apdo 3 of Annex of Commandment CIN/351/2009:

TR2: Learn basic matters and technologies that will enable learning of new methods and theories and the capability to adapt to new situations. TR3: Ability to solve problems with initiative, decision making, creativity, critical reasoning; and to communicate and transmit knowledge and skills in the field of Industrial Engineering. TR4: Know-how to measure, perform calculations, valuations, estimations, reporting, labor planning and similar jobs TR9: Capacity of working in multilingual and inter-discipline environments

Professional Skills

This course helps to acquire the following skills of a professional, as defined in paragraph 5 of the Order CIN/351/2009 Annex: CEI6: Capacity to design analog, digital and power electronic systems CEI10: Applied knowledge on industrial informatics and communications.

Learning Outcomes

RASP6: To explain the specific characteristics of the architecture of a microprocessor-based system. RASP7: To explain the functions and basic concepts associated to Operating Systems and tools for Industrial Software Development RASP8: To explain basic characteristics of embedded systems used for the control of Industrial Processes

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RASP9: To use techniques for the design and development of Industrial control based on a specific Microprocessor

3. CONTENTS

Units Number of lessons,

credits or hours

1. Computer Architecture Concepts. Units of the CPU, Data Path, Instruction set and coding, Memory, Timing of instruction execution, Subroutine and Stack. Interrupts, I/O interface

20T + 14P

2. Tools for application development in Industrial Engineering. Program development phases. Edition and compilation, debugging, simulation, memory dump and execution. Version control systems

1T + 2P

3. Operating Systems. Introduction and basic concepts. OS applied to Industrial Engineering. Processes. Threads. Synchronization.

4T + 8P

4. Real-time Operating Systems. Introduction. Time related attributes Deadline commitment. Task scheduling and control Embedded Systems

1T + 0P

5. Programming an industrial software application using the ARM microprocessor architecture and an embedded OS (Linux or similar)

0T + 6P

4. TEACHING METHODOLOGY- LEARNING ACTIVITIES

4.1.Credits distribution (in hours)

Number of course hours 58 hours (56 class + 2 evaluation)

Student work hours 92 hours

Total hours 150 hours = 6 ECTS

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4.2. Methods, materials and resources

The strategic followed is based on a reflexive learning model, which facilitates the discovery and the questioning of possible previous ideas the student may have about the subject as well as the application to problems posed. For this very reason, theory classes taught in large groups are based on lectures that allow the teacher to introduce the most important concepts and invites to the quest for further knowledge using problem-based learning. The main tool for this is lectures in the large class using slides or computer presentations. Practical lectures taught mostly in small groups based on solving and problems by the teacher as well as the development of the project work for the course which consists on the development of software applications for each concept taught in lecture classes. Information Technologies and Communication may be used to aid learning activities (Internet, forums, learning virtual platforms, etc.)

Large Group Sessions Oral presentations conducted by the teacher. Computer demonstrations Problem solving activities in group and individual practical activities Small Group Sessions

Depending on the available resources and the number of students in the class, innovative and more participate teaching methods may be used.

5. EVALUATION:Grading Instruments and Assessments

Evaluation Procedures

Students have two opportunities to assess the subject: the ordinary announcement and the extraordinary announcement.

Ordinary announcement

The student shall follow a continuous evaluation process. Exceptionally and properly justified, the student may perform an alternative Final Evaluation. Final evaluation is not an option for students in continuous evaluation even if they fail it. For every modality of evaluation, it is important to state that practical activities are central to the learning process; these activities, in addition to complement and reinforce knowledge obtained by other methods, also present new subjects not covered in the large group sessions.

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Evaluation Criteria

Evaluation critera specify the degree of achievement of the skills defined for this subject. CE1: The student demonstrates capacity and initiative to solve practical problems posed for the development of computer programs in the industrial field. CE2: The student is able to completely develop a microcontroller-based system starting from functional requirements and time and resource requirements. CE3: The student classifies and identifies the essential factors of architectures of microcontroller-based systems

CE4: The student has technical knowledge for general purpose software applications development as well as for embedded and real-time systems CE5: The student can develop software tools to execute under a given Operating system environment.

CE6: The student can correctly program a microprocessor using a development system

Grading Instruments

For each evaluation criteria, this section specifies the grading instruments to use.

Partial Evaluation Tests (PEP): consist on practical problems resolution and answering basic concepts of application development. Specifically:

PEP-1. Question/Code/ Problem solving on the subject of developing an industrial application on a microcontroller for a determined industrial problem, and with the help of the facilities of an Operating System.

PEP-2. Resolve practical facts of the development of applications on a microcontroller-based platform

PEP-3. Resolve practical facts of the laboratory lectures, focused in the development of applications on a microcontroller-based platform

Laboratory Work (PA): it consists on the design of hardware and software for an application that should perform some specific processing of input data throwing the expected correct results. This work will be shown in a presentation.

Final Exam (PEF): it consists on problems resolution by means of a software application and the demonstration of level of acquisition of theoretical concepts of the subject.

Grading Criteria

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This section quantifies evaluation criteria to pass the course.

Ordinary Announcement, Continuous Evaluation

This is the relation of criteria, instruments and grading for the continuous evaluation process:

Skill Learning Outcome Evaluation Criteria

Evaluation Instrument

Grading weight

CEI6, CEI10,

TR2,TR3,TR9, RASP6, RASP9 CE1, CE5

CE3,CE4 PEP 1 40%

TR3,TR4, CEI10 RASP7, 8, y 9 CE2,CE5,CE6 PEP 2 40%

TR2,TR3,CEI10 RASP7,RASP9 CE5,CE6 PEP 3 20%

It is required to pass the laboratory activities (PA) as it is a part of the practical part according to art. 6.4 of applicable norms. Obtaining a grade of 5 is considered enough to pass the subject. Additionally, students should attend at least 70% of in-person sessions, particularly those where the teacher should evaluate laboratory activities.

As a general criterion, if a student does not submit all the evaluation tests, he/she will obtain a “not presented”

It is mandatory to submit to all grading activities to approve the subject

Ordinary Announcement, Final Evaluation

The final evaluation is designed only for those students who obtain the permission to skip the continuous evaluation process. In this case and given that all regulative aspects are fulfilled in time, the final evaluation consists of a single exam for 100% of the grade. The required condition to attend this exam is to present all the laboratory activities and obtain at least 50% of the grade for each and every one of these. Activities should be submitted up to the day before scheduled for the final exam.

Skill Learning Outcome

Evaluation Criteria

Evaluation Instrument Grading weight

CEI6, CEI10, TR2,TR9

RASP6-RASP9 CE1-CE6 PEF 100%

Obtaining a grade of 5 is considered enough to pass the subject.

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Extraordinary Announcement

Students who didn't pass the regular evaluation process or who didn't concur (not-presented) may attend a single exam for 100% of the grade. It is required to present and obtain a pass status (5 out of 10) in each and every one Practical Activity (PA) up to the day before the exam is scheduled.

Skill Learning Outcome

Evaluation Criteria

Evaluation Instrument Grading weight

CEI6, CEI10, TR2,TR9

RASP6-RASP9 CE1-CE6 PEF 100%

6. BIBLIOGRAPHY

Basic Desarrollo con microcontroladores ARM Cortex-M3. Ed. Puntolibro, 2012

Sergio R. Caprile.

Introducción a los Sistemas Operativos. Ed. Servicio de publicaciones de la Universidad de Alcalá. Sebastian Sanchez Prieto.

The definitive Guide to the ARM CORTEX-M3. Second Edition, Joseph Yiu. Elsevier.

Pthreads Programming. Ed: O’Reilly. Bradford Nichols, Dick Buttlar & Jacqueline Proulx Farrel.

Additional Introducción a la Informática. McGraw Hill. Prieto, Lloris, Torres.

Sistemas Operativos modernos. Ed. Pearson Education. Andrew S. Tanenbaum.Ingeniería del Software. Un enfoque práctico. Ed. McGraw-Hill. Roger S. Pressman

La Biblia de Linux. MP Ediciones. Héctor Facundo Arena