PRESENTAZIONE

Un sistema embedded è un circuito elettronico dotato di calcolatore, progettato per svolgere una funzione specifica, ed integrato (embedded) in una piattaforma di cui ne gestisce il controllo rispettando diversi vincoli progettuali come il costo di produzione, la dimensione e il consumo energetico. Il corso fornirà le competenze necessarie per la progettazione di questi sistemi mostrando come le stesse tecnologie possano essere impiegate per la realizzazione dei moderni dispositivi elettronici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

What is an embedded system and what are its main characteristics. Introduction to the basic hardware needed for the realization of an embedded system. Architectures of processing systems. Specific architectures for embedded systems. Specific tools for developing code for embedded systems. Programming embedded systems. Communication protocols. Scheduling

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Per quanto riguarda l'insegnamento a 4 CFU, la frequenza e la partecipazione attiva alle attività formative proposte (lezioni frontali e attività in laboratorio) e lo studio individuale consentiranno allo studente di:

• Conoscere che cos'è un sistema embedded, quali siano le principali architetture di tali sistemi ed le loro principali applicazioni
• Saper programmare un sistema basato su microcontrollore
  • Saper utilizzare i tool di sviluppo per la compilazione e download del codice 
  • Conoscere, configurare e programmare le principali periferiche (I/O digitali, timers, ADC, PWM, SPI, UART)
• Avere conoscenze di base sulla progettazione dei sistemi embedded
  • Identificare i requisiti per l'applicazione in termini di risorse (memoria, I/O, velocità dei canali di comunicazione, potenza di calcolo)
  • Identificare le periferiche necessarie

Al termine dell'insegnamento a 6 CFU lo studente sarà inoltre in grado di:

• Implementare un protocollo di comunicazione seriale ascii o binario verso un altro microcontrollore o PC
• Utilizzare un meccanismo di scheduling per strutturare il software di controllo

PREREQUISITI

Conoscenza della programmazione C.

MODALITA' DIDATTICHE

Le modalità didattiche dell'insegnamento sono cosi strutturate:

• Un paio di lezioni frontali iniziali di introduzione sui sistemi embedded e le loro architetture.
• In seguito, vengono presentati gli argomenti (le periferiche, la programmazione ad eventi, lo scheduling, i protocolli di comunicazione) con un'alternanza del 50% tra lezione frontale e relativa esercitazione su scheda di sviluppo dsPIC.

Un continous assessment verrà fatto sugli esercizi sviluppati durante le lezioni.

Si consigliano gli studenti lavoratori e gli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma dell'insegnamento (4 CFU) è cosi strutturato:

• Che cos'è un sistema embedded e quali sono le sue principali caratteristiche
• Introduzione all'hardware di base per la realizzazione di un sistema embedded
  • Che cos'è un PCB e che cos'è un integrato
  • Porte logiche e circuiti combinatori
  • Latch e Flip flop e circuiti sequenziali
• Architetture dei sistemi embedded
  • Architettura base di un PC
    • Che cos'è un BUS, una memoria, la CPU e la control unit, i registri e l'ALU
  • Architetture dei sistemi embedded
    • ASIC e ASSP
    • PLD, CPLD e FPGA
    • Microcontrollori e DSP
    • Differenze architetturali tra il mondo dei PC e dei sistemi embedded
• Strumenti di sviluppo dedicati per i sistemi embedded.
• Programmazione di sistemi embedded 
  • gestione delle periferiche:
    • I/O digitali
    • Configurazione dell'oscillatore e utilizzo dei timer
    • Acquisizione sensori tramite conversione analogico digitale (ADC)
    • Controllo motori tramite periferica PWM
  • Comunicazione con altri dispositivi.
    • utilizzo del bus SPI per comunicazione con un altro microcontrollore
    • utilizzo della seriale UART per comunicazione con un PC
  • Interrupt e programmazione ad eventi.  

L'insegnamento a 5 CFU prevede inoltre i seguenti argomenti:

• Scheduling
  • Sviluppo di un sistema minimale di scheduling di funzioni all'interno del programma principale
  • Uitlizzo dello scheduling per la semplificazione e migliore strutturazione del programma

L'insegnamento a 6 CFU prevede inoltre i seguenti argomenti:

• Protocolli di comunicazione
  • Protocolli di comunicazione ASCII (stile NMEA)
  • Protocolli di comunicazione binaria
  • Gestione delle problematiche di comunicazione a livello fisico e data-link (riconoscimento inizio e fine frame, controllo di errore)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides utilizzate durante le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aulaweb. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell'esame.

I seguenti testi possono essere utilizzati per approfondimenti sulla materia:

• Q. Li, C. Yao, Real-Time Concepts for Embedded Systems, CMP Books, 2003. (ISBN:1578201241).
• D. E. Simon, An Embedded Software Primer, Addison-Wesley Professional, 1999. (ISBN: 020161569X).
• T Noergaard. 2013. A Comprehensive Guide for Engineers and Programmers, Embedded Systems Architecture (2 ed.). Newnes, Newton, MA, USA.
• Peter Hintenaus. 2014. Engineering Embedded Systems: Physics, Programs, Circuits. Springer Publishing Company, Incorporated.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ENRICO SIMETTI (Presidente)

FRANCESCO WANDERLINGH

GIOVANNI INDIVERI (Presidente Supplente)

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Sviluppo di un progetto assegnato al termine del corso. Discussione del progetto e degli argomenti visti a lezione eventualmente non coperti dal progetto stesso.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La discussione del progetto assegnato permetterà di verificare la capacitò dello studente di progettare e scrivere il firmware di un sistema embedded rispettando le specifiche tecniche.

La valutazione sarà basata 30% sul continuous assessment durante le lezioni e 70% sul progetto finale.

Saranno valutati:

• l'aderenza del software alle specifiche tecniche assegnate
• la capacità di discutere l'implementazione software proposta
• la conoscenza delle periferiche utilizzate
• le possibili problematiche da affrontare nel caso di estensione del progetto verso un sistema più realistico

Calendario appelli