Il corso e' erogato in lingua Inglese.

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 dell'uso di componenti logici programmabili (PLD, FPGA) nei sistemi embedded: flusso di progetto, ottimizzazioni per 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.
• Conoscenza delle tecniche di generazione e distribuzione del clock.
• Conoscenze dell’analisi delle specifiche e dei vincoli nel progetto di sistemi digitali complessi .
• Conoscenza deele metodologie di schedulingdei task in sistemi operanti in tempo reale.

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.

Il corso è approssimativamente diviso in 4 parti principali:

1. Architetture di elaborazione per sistemi embedded ( 3 CFU)
a. Architetture di microprocessori
b. Interfacciamentio di periferici, DMA e interrupts
c. Digital Signal Processors

2. Strutture di memoria (2 CFU)
a. Tecnologie delle memorie
b. Strutture di memoria statiche e dinamiche
c. Memorie cache

3. Strutture di interconnessione e di interfacciamento (3 CFU)
a. Propagazioni, Ritardi e skew
b. Cicli sincroni e asincroni
c. Transazioni, Arbitrazione ed indirizzamento
d. Strutture di comunicazione parallele, bus
e. Strutture di comunicazioni seriali. Bus periferici.

4. Ingegnerizzazione di un sistema digitale ( 2 CFU)
a . Packages e Circuiti stampati
b. Alimentazioni e clocks
c. Interfacce digitali ed analogiche
d. Compatibilità elettromagnetica

I laboratori (in linea di massima 6) verteranno sull'uso di circuiti FPGA programmabili per la realizzazione di sistemi embedded comprendenti soft processors e periferici standard o progettati ad hoc. Richiederanno sia la progettazione di parti hardware sia la scrittura di moduli software. Ogni laboratorio, svolto in gruppo (3-4 studenti) corrisponde allo realizzazione di un semplice progetto e richiede la stesura di un report entro il tempo limite di una settimana. La valutazione globale dei laboratori è la media delle valutazioni dei singoli report, è comune a tutto il gruppo di studenti e viene riportata in trentesimi per un massimo di 5/30.

Il testo di riferimento, che copre circa il 30% del corso è il libro "Embedded system design" di F. Vahid.
Sono disponibili sul Portale della Didattica copie parzialmente annotate dei lucidi utilizzati nel corso

La verifica dell'apprendiemnto avrà luogo attraverso il lavoro di laboratorio, un esame scritto ed un esame orale.
Lesame scritto ha una durata approssimativa di 2 ore ed è in genere compostao da 5-6 quesiti che sono o esercizi o domande a risposta chiusa. Il massimo punteggio dell'esame scritto è di 20/30.
Gli studenti possono sostenere l'esame orale se la somma del punteggio dell'esame scritto e del lavoro di laboratorio è superiore a 13/30. L'esame orale è costituiito da una domanda su argomento teorico o descrittivo del corso. Il punteggio finale è la somma di quello dell'esame scritto, dell'orale e del punteggio di laboratorio.