Insegnamento SISTEMI ELETTRONICI EMBEDDED

Nome del corso di laurea Ingegneria informatica e robotica
Codice insegnamento 70A00048
Curriculum Robotics
Docente responsabile Pisana Placidi
Docenti
  • Pisana Placidi
Ore
  • 76 Ore - Pisana Placidi
CFU 9
Regolamento Coorte 2021
Erogato Erogato nel 2021/22
Erogato altro regolamento
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore ING-INF/01
Periodo Primo Semestre
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento Italiano
Contenuti Sistemi Embedded: aspetti generali. Architettura: elaborazione e comunicazione. Tecnologie e dispositivi per realizzare i circuiti di elaborazione. Temporizzazione e Sincronismo nei sistemi digitali. Progettazione e coprogettazione. 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.
- Pong P. Chu, “FPGA Prototyping by VHDL Examples: Xilinx MicroBlaze MCS SoC, 2nd Edition”, Wiley, 2017.
- Dispense a cura del docente disponibili su UNISTUDIUM - PIATTAFORMA DI ELEARNING DELL'UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PERUGIA (https://www.unistudium.unipg.it/ ).
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 con laboratorio”.
Metodi didattici L’insegnamento è organizzato come segue:
- lezioni frontali in aula;
- lezioni frontali a carattere seminariale
- esercitazioni guidate presso il Laboratorio Multidisciplinare sulla programmazione di un FPGA. Gli studenti seguiranno 10 esercitazioni di laboratorio.
Strumenti di supporto alla didattica: lavagna e PC + proiettore, PC, schede di sviluppo per FPGA.
Altre informazioni La frequenza delle lezioni è raccomandata.
I Semestre (maggiori dettagli vengono riportati al link https://www.ing.unipg.it/didattica/studiare-nei-nostri-corsi/orario-lezioni) .
Modalità di verifica dell'apprendimento La verifica dell’apprendimento prevede:
i) una prova scritta (-2 – 17 punti, 9 è il punteggio minimo per superare la prova; durata della prova: 80 min)
ii) la stesura e la discussione di una relazione di laboratorio / progetto su FPGA (0 - 15 punti, 9 è il punteggio minimo per superare la prova; durata della prova: 15 min).

La prova scritta prevede: i) domande teoriche relative agli argomenti presentati in aula volte ad accertare la conoscenza e comprensione da parte dello studente, nonché la capacità di esporne il contenuto; ii) domande più applicative, relative all’utilizzo delle conoscenze acquisite per la soluzione di casi pratici. Le domande sono a risposta multipla e a risposta aperta e per ciascuna domanda viene indicato il punteggio minimo e massimo.
La prova orale è finalizzata alla verifica della acquisizione da parte dello studente delle metodologie e degli strumenti per la progettazione di circuiti/sistemi su FPGA e della capacità di giustificare scelte progettuali.
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.

Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.
Programma esteso Introduzione (1.2 CFU)
Presentazione dell’insegnamento: contenuti, obiettivi formativi, materiale didattico e modalità di verifica del profitto.
Sistemi Embedded (SE): caratteristiche principali, mercato, evoluzione e ambiti applicativi. Metriche di progetto.

Evoluzione dei sistemi (1CFU)
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.

Architettura dei SE (2.5 CFU): SoB (componenti, supporto e approccio alla progettazione), SoC (approccio alla progettazione. Connessioni: parassiti, robustezza e prestazioni. Cenni sui modelli elettrici. Prospettive future: Network on Chip (NoC) e sistemi distribuiti (definizione). Piattaforme di prototipazione.
Tecnologie e dispositivi dei 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)).

Temporizzazione e sincronismo (1.3 CFU): introduzione. Skew e jitter. Principio di funzionamento e architettura del DLL e del PLL.

Flusso di progettazione (3 CFU)
Concetto di co-progettazione, sviluppo dell'hardware e sviluppo del software. Verifica dei sistemi embedded.
Progettazione assistita dal calcolatore: introduzione all'architettura e alla progettazione su FPGA con esercitazioni guidate di laboratorio. Introduzione al linguaggio VHDL.
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