Insegnamento SISTEMI ELETTRONICI EMBEDDED

Nome del corso di laurea Ingegneria elettronica per l'internet-of-things
Codice insegnamento 70010809
Curriculum Comune a tutti i curricula
Docente responsabile Pisana Placidi
Docenti
  • Pisana Placidi
Ore
  • 76 Ore - Pisana Placidi
CFU 9
Regolamento Coorte 2019
Erogato Erogato nel 2019/20
Erogato altro regolamento
Attività Caratterizzante
Ambito Ingegneria elettronica
Settore ING-INF/01
Periodo Primo Semestre
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti
Presentazione del corso e introduzione sui sistemi elettronici. Sistemi embedded: aspetti generali. Architettura. Tecnologie e dispositivi per realizzare i circuiti di elaborazione. Temporizzazione e Sincronismo nei sistemi digitali. Progettazione e Co-design. Esercitazioni guidate di laboratorio su FPGA.

Testi di riferimento
TESTI DI RIFERIMENTO:- Brandolese, Fornaciari, "Sistemi Embedded", Prentice Hall, 2007.- J.Catsoulis, “Embedded Hardware”, O’Reilly- J. Rabaey, A. Chandrakasan and B. Nikolic, "Digital Integrated Circuits: A Design Perspective", 2/e, Prentice Hall 2003.-Rabaey, Jan, “Low Power Design Essentials Low Power Design Essentials”, Springer.- 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.

Obiettivi formativi
- 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 software dedicati alla progettazione e verifica di circuiti/sistemi digitali su FPGA.- L'insegnamento, inoltre, contribuisce al conseguimento dei 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.

Prerequisiti
Al fine di comprendere i contenuti presentati e conseguire gli obiettivi di apprendimento è sufficiente possedere una conoscenza di base di Elettronica, algebra booleana, architetture dei calcolatori e sistemi operativi. Insegnamento suggerito “ Reti logiche e microcontrollori e laboratorio”.

Metodi didattici
L’insegnamento è organizzato come segue:- lezioni frontali in aula;- lezioni frontali a carattere seminariale- esercitazioni guidate presso il Laboratorio di Informatica sulla programmazione di un FPGA. In ogni esercitazione gli studenti vengono distribuiti su 32 postazioni di lavoro. Strumenti di supporto alla didattica: lavagna e PC+proiettore, PC, scheda di sviluppo per FPGA.

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

Modalità di verifica dell'apprendimento 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). Il docente può convocare lo studente per un esame orale integrativo con l'obiettivo di verificare la comprensione di specifici contenuti appresi durante le esercitazioni di laboratorio. 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 e a risposta aperta. 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 totale della verifica fra - 3.5/30 e 30 Lode.
Programma esteso
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 (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: Single-Purpose Processors (SPP). Temporizzazione e sincronismo: skew e jitter. Principio di funzionamento e architettura di alcuni circuiti dedicati alla temporizzazione. (4 ore) Concetto di co-progettazione, sviluppo dell'hardware e sviluppo del software. Progettazione assistita dal calcolatore (12 ore) Introduzione all'architettura e alle funzionalità di un FPGA con esercitazioni guidate di laboratorio.

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