PRESENTAZIONE

Il corso intende fornire un’ampia panoramica sui vari tipi di cyberphysical sytems allo stato dell’arte: sistemi sincroni, asincroni, dinamici a tempo continuo, temporizzati, ibridi. La trattazione dei sistemi riguarda argomenti di modellazione, simulazione e verifica (model checking). Ogni argomento è affrontato anche attraverso l’utilizzo di appropriati strumenti di sviluppo, quali nuXmv, Spin, Uppaal, Matlab-Simulink-Stateflow. La parte finale del corso introduce alla programmazione firmware su microcontrollori STM32.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso introduce all'analisi e alla progettazione di sistemi ciberfisici: modellazione, simulazione e verifica formale di sistemi elettronici sincroni, asincroni, dinamici a tempo continuo, temporizzati e ibridi, tenendo conto dei requisiti di sicurezza e vivacità. Introduce inoltre al firmware su sistemi a microcontrollore. Lo studente svilupperà capacità analitiche e di progettazione attraverso un semplice progetto.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo principale del corso è un’ampia conoscenza sui vari tipi di cyberphysical sytems allo stato dell’arte, quali: sistemi sincroni, asincroni, dinamici a tempo continuo, temporizzati, ibridi. Per ogni tipo di sistema, si trattano argomenti di modellazione, simulazione e verifica (model checking). Lo studente avrà l’opportunità di apprendere le basi teoriche, e di studiare alcuni esempi applicativi. Esericizi sono proposti, e solitamente risolti in classe, per ogni argomento, al fine di verificare l’acquisizione delle conoscenze. Lo studente imparerà anche ad utilizzare uno strumento di sviluppo per ciascuna tipologia di cyberphysical system trattato (nuXmv, Spin, Uppaal, Matlab-Simulink/Stateflow).
Una parte del corso introdurrà allo sviluppo di firmware per microcontrollori STM32.
Il progetto che verrà concordato per l’esame è finalizzato a stimolare e verificare le capacità progettuali ed implementative dello studente, oltre alla verifica operativa sul campo di parte delle conoscenze acquisite.
I risultati di apprendimento riguardano la realizzazione degli obiettivi formativi di cui sopra, anche attraverso l’implementazione di un progetto. Al termine del corso lo studente sarà in grado di analizzare e progettare soluzioni basate sull’impiego di vari tipi di cyber-physical system in vari tipi di applicazioni.

PREREQUISITI

Elettronica dei sistemi digitali

Fondamenti di programmazione

Fondamenti di architettura dei calcolatori

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali, con utilizzo di slide, ed esempi/esercizi svolti sia alla lavagna sia al PC (o in tele-didattica, se reso necessario), utilizzando gli strumenti di sviluppo/simulazione indicati a lezione. Ricevimento studenti. Proposta, realizzazione e discussione di un progetto.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Modellazione, simulazione e verifica di cyberphysical systems

• Introduzione
• Modelli sincroni
• Requisiti di safety
• Modelli asincroni
• Requisiti di liveness
• Sistemi dinamici a tempo continuo
• Sistemi temporizzati
• (Sistemi ibridi)

Introduzione allo sviluppo di firmware per microcontrollori STM32

• GPIO
• Interrupts
• UART/USART
• DMA
• (Clock tree)
• (Timers)
• (ADC/DAC)
• (I2C/SPI)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

R. Alur, Principles of Cyberphysical Systems: 
https://mitpress.mit.edu/books/principles-cyber-physical-systems

C. Noviello, Mastering STM32, 2nd edition
https://leanpub.com/mastering-stm32-2nd

Appunti del corso e altro materiale suggerito dal docente durante il corso

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

FRANCESCO BELLOTTI (Presidente)

LUCA LAZZARONI

RICCARDO BERTA (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://easyacademy.unige.it

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale sulla prima parte (cyber-physical systems), comprendente sia domande teoriche sia esercizi, sugli argomenti trattati a lezione.

Lavoro di progetto (sulla modellazione/simulazione di un cyberphysical system o su un'applicazione IoT/machine learning/data science).

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L’accertamento avverrà tramite domande/esercizi nell’esame orale. Per quanto riguarda il progetto, la valutazione avverrà nei colloqui preparatori e durante la progettazione/implementazione della soluzione e nella discussione finale di un elaborato descrittivo del lavoro svolto.

La valutazione terrà anche presente la partecipazione dello studente durante il corso.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Gli studenti con disabilità o con DSA possono fare richiesta di misure compensative/dispensative per l'esame. Le modalità saranno definite caso per caso insieme al Referente per Ingegneria del Comitato di Ateneo per il supporto agli studenti disabili e con DSA. Gli studenti che volessero farne richiesta sono invitati a contattare il docente dell'insegnamento con congruo anticipo mettendo in copia il Referente per Ingegneria (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html), senza inviare documenti in merito alla propria disabilità.