Università degli Studi di Perugia

Al fine di comprendere i contenuti presentati e conseguire gli obiettivi di apprendimento è sufficiente possedere una conoscenze di base di Elettronica, algebra booleana, architetture dei calcolatori e sistemi operativi.

Le conoscenze relative all'insegnamento vengono accertate attraverso una prova scritta: i) di natura teorica (consistente in quesiti relativi ad aspetti teorici inerenti alle tematiche affrontate e volte ad accertare la conoscenza e comprensione da parte dello studente, nonché la capacità di esporne il contenuto) e ii) di natura applicativa (consistenti nell’utilizzo delle conoscenze acquisite per la soluzione di casi pratici). 

Se il punteggio della prova scritta è compreso fra 16/30 e 31/30 il docente si riserva di convocare lo studente per un esame orale facoltativo e integrativo, avente i medesimi contenuti della prova scritta ma con l'obiettivo di verificare la comprensione di specifici contenuti. La prova orale consentirà, inoltre, al docente di valutare la capacità di comunicazione e la proprietà di linguaggio e organizzazione autonoma dell’esposizione dell’allievo. Di norma la prova orale si svolge nei giorni successivi alla data della prova scritta, generalmente entro una settimana, con un certo grado di elasticità per tenere conto di eventuali altri appelli in cui sarà impegnato lo studente.

Descrizione delle prove

Prova scritta: test con domande a risposta multipla (punteggio: +1 = risposta corretta, 0 = nessuna risposta, -0.5 = risposta errata) e a risposta aperta (punteggio: +4, +3, +2, +1 = risposta corretta, 0 = nessuna risposta/ risposta errata). Punteggio totale della verifica fra - 3.5/30 e 31/30 (2 ore a disposizione per la prova).

Prova orale: domande a risposta aperta (punteggio: +3, +2, +1 = risposta corretta; -3, -2, -1= risposta errata; max 15/20 min).

Punteggio totale della verifica fra - 3.5/30 e 30 Lode.

La votazione d'esame media dell'insegnamento, basata su dati statistici conservati dal docente nel a.a. 2015-2016, è 28/30.

Le date delle prove d’esame, non appena disponibili, vengono indicate al link: http://www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/calendario-di-esami-e-lauree .

Non sono previste unità formative opzionali. Le dispense contengono comunque degli approfondimenti per gli studenti interessati.

Introduzione (14 ore)

Presentazione del corso: contenuti, obiettivi formativi, materiale didattico e modalità di verifica del profitto.

Evoluzione dei sistemi: System on Board (SoB), System on Chip (SoC) e System in Package (SiP). Sistemi digitali e sistemi misti (analogico-digitale): esempi di architettura e tecniche di implementazione.

Package: materiali, livelli di interconnessioni, package tradizionali e nuovi tipi di package, considerazioni termiche, evoluzione.

Circuiti dedicati alla generazione dei segnali di alimentazione e di riferimento nei SoB e nei chip.

Consumo di potenza: tecniche di progettazione dedicate alla riduzione a livello di circuito e di sistema nei SoC.

Sistemi embedded: aspetti generali (8 ore)

Caratteristiche principali, mercato, evoluzione e ambiti applicativi. Metrica di progetto (costo unitario, Non-Recurring Engineering (NRE) cost, time-to-market, time-in-market, flessibilità e riuso, IP cores, manutenibilità, consumo di potenza, precisione, sicurezza, tecnologia, piattaforme Hw, piattaforme Sw e piattaforme di sistema).

Elaborazione e comunicazione (38 ore)

Architettura e progettazione: PCB (componenti, supporto e approccio alla progettazione), SoC (approccio alla progettazione. Connessioni: parametri (resistenza, capacità, induttanza), robustezza e prestazioni. Cenni sui modelli elettrici (modelli SPICE delle connessioni). Prospettive future: Network on Chip (NoC)) e sistemi distribuiti (definizione). Piattaforme di prototipazione.

Tecnologie e dispositivi per realizzare i circuiti di elaborazione: tecnologie hardware (ASIC e circuiti programmabili) e processori (cenni su General Purpose Processor (GPP), Application Specific Instruction set Processors (ASIP) e Single-Purpose Processors (SPP)).

Interfacciamento microprocessori : indirizzamento (memory mapped I/O, standard I/O, port mapped I/O, extended I/O) e sincronizzazione (polling; interrupt: architettura per la gestione di interrupt e arbitraggio; Direct Memory Access).

Temporizzazione e sincronismo: skew e jitter. Principio di funzionamento e architettura di alcuni circuiti dedicati alla temporizzazione: PLL e DLL.

Flusso di progettazione (4 ore)

Concetto di co-progettazione, sviluppo dell'hardware e sviluppo del software. Verifica dei sistemi embedded.

Progettazione assistita dal calcolatore (12 ore)

Introduzione all'architettura e alle funzionalità di un FPGA (Xinlinx Spartan 3) con esercitazioni guidate di laboratorio.

Presentazione del corso e introduzione sui sistemi elettronici. Sistemi embedded: aspetti generali. Elaborazione e comunicazione. Tecnologie e dispositivi per realizzare i circuiti di elaborazione. Interfacciamento. Temporizzazione e Sincronismo nei sistemi digitali. Co-design. Esercitazioni guidate di laboratorio su FPGA.

L’insegnamento è organizzato come segue:

- lezioni frontali in aula;

- lezioni frontali a carattere seminariale

- esercitazioni presso il Laboratorio di Informatica sulla programmazione di un FPGA. In ogni esercitazione gli studenti vengono distribuiti su 32 postazioni di lavoro. Gli studenti seguiranno 4/5 esercitazioni , precedute da una lezione di presentazione in aula. Al termine delle esercitazioni gli studenti avranno libero accesso al laboratorio per ulteriori esercitazioni individuali.

Lezioni teoriche e lezioni pratiche guidate di laboratorio.

Strumenti di supporto alla didattica : lavagna e PC+proiettore, PC, scheda di sviluppo per FPGA.

Testi di riferimento:

- Brandolese, Fornaciari, "Sistemi Embedded", Prentice Hall, 2007.

- J.Catsoulis, “Embedded Hardware”, O’Reilly.

- Rabaey, Jan, “Low Power Design Essentials”, Springer.

- J. Rabaey, A. Chandrakasan and B. Nikolic, "Digital Integrated Circuits: A Design Perspective", 2/e, Prentice Hall 2003.

- E. Napoli, “Progetto di sistemi elettronici digitali basati su dispositivi FPGA”, Esculapio

- Dispense a cura del docente disponibili su UNISTUDIUM - PIATTAFORMA DI ELEARNING DELL'UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PERUGIA (https://www.unistudium.unipg.it/unistudium/ ).

TESTI INTEGRATIVI:

- H. B. Bakoglu, "Circuits, Interconnections, and Packaging for VlSI", Addison-Wesley, 1990.

- David A. Patterson and John L. Hennessy - "Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, 2nd Edition", Morgan Kaufmann 1997.

- Frank Vahid, Tony D. Givargis, "Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction", John Wiley & Sons October, 2001.

- Wayne Wolf, "Computers as Components: Principles of Embedded Computer Systems Design" (With CD-ROM), Morgan Kaufmann 25 October, 2000.

- Giovanni De Micheli, Rolf Ernst, Wayne Wolf, "Readings in Hardware/Software Co-design", Morgan Kaufmann 01 June, 2001.

- Thorsten Grotker, Stan Liao, Grant Martin, Stuart Swan, "System Design with SystemC", Kluwer Academic Publishers May, 2002.

- P. Marwel, "Embedded System design", Kluwer Academic Publishers, 2003.

- H. Kopetz, "Design Principles for Distributed Embedded Applications", KLUWER, 1997.

- Conoscenza di base di: problematiche connesse alla progettazione di sistemi elettronici embedded; tecniche dedicate alla riduzione del consumo di potenza); problemi legati alla temporizzazione e al sincronismo nei circuiti digitali; architettura di alcuni blocchi funzionali dei sistemi.

- Abilità: nella scelta di tecnologie e blocchi funzionali di un sistema embedded; nell’utilizzo di alcuni strumenti CAD dedicati alla progettazione e verifica di circuiti/sistemi digitali su FPGA.

- L'insegnamento, inoltre, contribuisce a conseguire i seguenti risultati di apprendimento: elaborare e/o applicare idee originali in contesti diversi; risolvere problemi in ambienti nuovi e/o interdisciplinari; motivare le scelte progettuali compiute evidenziando possibili criticità; integrare le conoscenze e gestire la complessità.

I Semestre (maggiori dettagli vengono riportati al link http: //www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/orario-delle-lezioni ) .

I dettagli relativi al calendario vengono riportati al link http://www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/calendario-di-esami-e-lauree.

Non sono previste attività di supporto alla didattica.

Facoltativa ma consigliata.

Dipartimento di Ingegneria, Università di Perugia, via G. Duranti 93, 06125 Perugia, Italy.

L’aula viene indicata nell’orario delle lezioni reperibile al link: http://www.ing.unipg.it/it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/orario-delle-lezioni.

Lunedì 10:30-12:30
Mercoledì 9:30-11:30

(eventualmente su appuntamento, contattare via e-mail: pisana.placidi@unipg.it)

Ufficio Ing. P.Placidi
Dipartimento di Ingegneria (area ingegneria dell'informazione)

Primo Piano, Ala OVEST, Stanza n.32
Via G. Duranti, 93
06125 PERUGIA
Tel: +39-075-5853636
e.mail: pisana.placidi@unipg.it