The course is taught in English.

L’insegnamento è obbligatorio (in alternativa con Sistemi Digitali Integrati) per la Laurea Magistrale ed è collocato al 1° periodo didattico del 1° anno. Si propone di fornire conoscenze approfondite sulle metodologie di progetto di sistemi complessi digitali per i quali è indispensabile una visione di insieme di tutto il contesto progettuale e di integrabilità dei vari componenti. Verranno analizzati sistemi composti da microcontrollori/microprocessori, logiche programmabili, memorie, e interfacce col mondo esterno, ponendo particolare enfasi su come collegare, interfacciare, programmare e gestire i vari blocchi, e sul "flusso di progetto" cioè quali strumenti e quali metodologie utilizzare.

• Conoscenza della struttura di un sistema di elaborazione generico: processore, memoria, I/O, rete di interconnessione, alimentazione e temporizzazione
• Conoscenza delle caratteristiche di microprocessori per uso generale: organizzazione interna, classificazione, modello di programmazione.Conoscenza della struttura interna di microprocessori dedicati: Digital Signal Processors, coprocessori, DMA, microprocessori riconfigurabili.
• Capacità di integrare in un’unità di processo funzioni aggiuntive con modifica dell’ISA e di interfacciare un coprocessore con un’unità di elaborazione convenzionale.
• Conoscenza dei tipi di memorie esistenti: tipologia, metodo di accesso, modello fisico, interfacciamento, scelta in base a costo/area/prestazioni
• Conoscenza della gerarchia di memorie in un sistema di elaborazione: cache, memoria virtuale
• Conoscenza della struttura delle principali periferiche utilizzabili: I/O digitale, I/O analogico, strategie di buffering, sistemi di temporizzazione, sistemi di comunicazione sincrona/asincrona, metodologie di realizzazione e interfacciamento.
• Capacità di integrare periferiche custom all’interno di strutture di elaborazione esistenti.
• Conoscenza di componenti logici programmabili (PLD, FPGA): architettura interna, flusso di progetto, ottimizzazioni per consumo di potenza, area occupata, velocità
• Conoscenza delle tecnologie di interconnessione a livello fisico: tecnologie, linee di trasmissione, diafonia, cenni di compatibilità elettromagnetica, interfacciamento in sistemi multitensione
• Conoscenza delle architetture di interconnessione a livello logico: topologie, indirizzamento, gestione di connessioni non affidabili, esempi di standard
• Conoscenza delle problematiche relative alla distribuzione dell'alimentazione ed al monitoraggio della stessa.
• Conoscenza delle tecniche di generazione e distribuzione del clock.
• Conoscenze dell’analisi delle specifiche e dei vincoli nel progetto di sistemi digitali complessi nonche’ sulle scelte algoritmiche e cenni sulla valutazione della complessità computazionale, della banda di interconnessione e sul dimensionamento numerico(rappresentazione dei dati/numero di bit) delle strutture di elaborazione complesse

Sono necessarie conoscenze di base e capacità di operare con:
• Porte logiche elementari sia a livello combinatorio che sequenziale;
• Macchine a Stati Finiti semplici e complesse (Algorithmic State Machine);
• Circuiti aritmetici elementari,
• Memorie (struttura e architettura),
• Elementi di Archiettura di Calcolatori,
• tecniche di programmazione in C
• Linguaggi di descrizione dell’hardware (VHDL),
• FPGA semplici.

• Struttura dei sistemi di elaborazione
o Processing Element 8h
o Memorie
o I/O
o Interconnessioni
o Power
• microprocessori per interi 20h
o Struttura
o Limiti
• Architetture per superare i limiti dei microprocessori per interi 12h
• Memorie 6h
• I/O Digitale 12h
• I/O analogico 4
• Architetture di PLD ed FPGA 6
• Interconnessioni (LIVELLO FISICO) 8h
o Tecnologie di interconnessione
o Propagazione dei segnali
• Architetture di interconnessione (livello logico) 10h
o Topologie
o Indirizzamento
o Esempi di standardc a alto livello
• Compatibilità Elettromagnetica 4h
• Distribuzioni delle alimentazioni 3h
• Generazione e distribuzione clock 2h
• Ingegnerizzazione dei sistemi digitali 4h

Le esercitazioni in aula riguardano piccoli progetti o verifiche , relativi a quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti.
Le esercitazioni sperimentali di laboratorio sono rivolte all’acquisizione di capacita operative sulle conoscenze acquisite nella parte teorica. Comprendono lo sviluppo, la sintesi e la realizzazione di progetti digitali mediante il linguaggio VHDL, e integrati all’uso di micro controllori all’interno di logiche programmabili. Sono disponibili delle schede basate su FPGA su cui lo studente realizzerà e proverà i circuiti e i programmi progettati. Il numero di esercitazioni previsti e’ 6 o 7 e sono condotte in laboratorio da gruppi di 3-4 studenti. Le esercitazioni prevedono la realizzazione di homework di preparazione delle sessioni di laboratorio. Ogni laboratorio richiede la redazione di una relazione che concorrerà al conseguimento del voto finale. Ogni studente del gruppo riceverà lo stesso voto purchè abbia partecipato ad almeno il 70% dei laboratori.

I testi che coprono buona parte degli argomenti del corso sono:

F.Vahid, T. Givargis, "Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction", John Wiley and Sons
W. Dally, J. Poulton, " Digital Systems Engineering", Cambridge University Press.

Sono disponibili copie dei lucidi utilizzati nelle lezioni, esempi di scritti d’esame ed esercizi e i manuali per le esercitazioni di laboratorio, corredati delle caratteristiche dei componenti utilizzati. Tutto il materiale didattico e’ scaricabile attraverso il portale della didattica.

L’esame consiste in una prova scritta e una prova orale opzionale. Il voto finale e’ una media pesata della valutazione dello scritto e dell’orale (peso 0,84) e delle relazioni di laboratorio (peso 0,16).