L'organizzazione dell'insegnamento prevede 24 ore di lezioni e 24 ore di esercitazioni di laboratorio di codesign (aula 24, lunedì e mercoledì, h. 09:00-11:00)

L'acquisizione di concetti e metodi nella disciplina è sostenuta da:

• frequenza delle lezioni ed esercitazioni
• partecipazione alle esperienze di laboratorio
• studio di testi di riferimento
• consultazione di altri testi e materiali didattici
• sperimentazione con strumenti software e piattaforme di sviluppo di sistemi dedicati
• elaborazione di soluzioni a problemi ed esercizi proposti: v. area Esercizi
• stesura di relazioni sulle esperienze di laboratorio: nella stessa area
• interazione con il docente, ricevimento settimanale:
  • G. Scollo: studio 325 (I blocco, II piano) [tel.]cit.: [095738]3007
    lunedì e mercoledì, h. 14:30-16:30
• interazione collaborativa con colleghi e docente

Lezioni: lo studio dei testi di riferimento pone le basi metodologiche per applicare efficacemente un approccio trasversale nelle tecnologie e unitario nel risultato:

• progettare in modo versatile sistemi con cifra di merito ottimale dedicati a svolgere compiti ad alto grado di specializzazione

Esercizi: a partire dalla specifica delle funzionalità astratte del sistema, il primo problema che spesso si pone è quello di selezionare l'architettura in cui tradurle, per poi procedere alla sintesi di tutti i componenti: hardware, software e interfacce di comunicazione. Gli esercizi proposti affrontano le diverse parti di questo processo.

Laboratorio di codesign: è previsto l'uso di sistemi di sviluppo per la realizzazione di applicazioni embedded, spaziando dalla configurazione su board alla sintesi di componenti con FPGA, fino alla realizzazione dell'intero sistema su un singolo chip. La stesura di relazioni sulle esperienze di laboratorio può essere prodotta da collaborazioni di gruppo.

Seminari: a titolo sperimentale, alcune lezioni (max. 1/5 del totale) sono preparate e prodotte in forma seminariale da studenti; una esercitazione è dedicata alla pianificazione dei seminari. Nel periodo di esami è prevista una prova scritta di autovalutazione delle attività didattiche dell'insegnamento.

Esame orale, progetto (opzionale)

• obiettivi della valutazione
  • esame orale:
    valutazione del conseguimento degli obiettivi formativi
  • progetto opzionale:
    valutazione della maturità concettuale e scientifica nella pratica della disciplina
• colloqui orali
  • verifica dell'apprendimento critico della disciplina
  • valutazione del contributo a relazioni sulle esperienze di laboratorio
  • eventuale colloquio (opzionale) individuale sull'uso di concetti e metodi della disciplina in un progetto originale di laboratorio, concordato con il docente, che può essere realizzato in collaborazione con altri studenti
• calendario di esami
  • prima sessione: 15 febbraio, 7 marzo
  • seconda sessione: 25 giugno, 11 luglio
  • terza sessione: 6 settembre, 27 settembre
  • sessione straordinaria: 4 aprile, 13 dicembre

Il superamento dell'esame porta all'acquisizione di 6 crediti.

legenda: r = letture di riferimento, s = letture supplementari, rn.# = nota integrativa di riferimento, sn.# = nota integrativa supplementare #

1. Finalità e organizzazione dello studio.   Introduzione al codesign di sistemi dedicati
   • L01: 16/10/2017, r: S.01(1.1.4-1.4,1.6); s: VG.01(1.1-1.4), BF.01
2. Architetture e progettazione di sistemi dedicati
   • L02: 23/10/2017, r: S.01(1.5,1.7), Z.01(1.1); s: VG.01(1.5-1.6)
3. Modelli dataflow, flusso del controllo
   • L03: 30/10/2017, r: S.02; s: LS.06(6.3), M.02(2.5), sn.3, sn.4
4. Realizzazioni software di modelli dataflow
   • L04: 13/11/2017, r: S.03(3.1); s: S.04
5. Sistemi sincroni come macchine a stati finiti con datapath (FSMD)
   • L05: 20/11/2017, r: S.05(5.3-5.4.3,5.6); s: S.05(5.7)
6. Microprogrammazione: architetture, controllo, interpreti microprogrammati
   • L06: 27/11/2017, r: S.06(6.1-6.4); s: S.06(6.6-6.8)
7. Progetto e analisi di programmi per sistemi dedicati
   • L07: 04/12/2017, r: S.07(7.1,7.3); s: S.07(7.2), sn.7
8. Progettazione di System-on-Chip (SoC)
   • L08: 11/12/2017, r: S.08(8.1-8.3); s: S.08(8.4), R.01
9. Comunicazione HW/SW, sistemi di bus on-chip
   • L09: 18/12/2017, r: S.09(9.1-9.4), S.10(10.1); s: S.10(10.2-10.4)
10. Interfacce di microprocessore
    • L10: 08/01/2018, r: S11(11.1.1-11.1.5 (seminario studenti),11.2.0,11.3.0-11.3.1,11.3.3); s: S11(11.1.6,11.2.1-11.2.2,11.3.2,11.3.4)
11. Interfacce hardware
    • L11: 10/01/2018, r: S.12(12.1-12.3.1 (seminario studenti),12.4); s: S.12(12.3.2)
12. Progetto di un coprocessore multicore mappato in memoria
    • L12: 22/01/2018, progetto di laboratorio

legenda: r = letture di riferimento, s = letture supplementari, rn.# = nota integrativa di riferimento, sn.# = nota integrativa supplementare #

1. Introduzione all'uso combinato di Gezel con un simulatore VHDL
   • E01: 18/10/2017, r: S.01(1.1.1), S.A(A.1), rn.1, rn.2; s: S.A(A.2)
2. Introduzione al progetto di sistemi hardware con FPGA
   • E02: 25/10/2017, r: Z.01(1.3), rn.3; s: rn.4
3. Linguaggi di descrizione dell'hardware: Gezel, VHDL, Verilog, SystemC
   • E03: 06/11/2017, r: S.05(5.1-5.2), Z.03(3.1-3.7); s: BF.aB, Z.aB, M.2(2.7), sn.1, sn.2
4. Esempi di reti combinatorie in VHDL
   • E04: 08/11/2017, r: Z.04(4.1-4.6); s: rn.6(App.A)
5. Esempi di reti sequenziali in VHDL, realizzazioni hardware di modelli dataflow
   • E05: 15/11/2017, r: Z.06(6.1-6.5.1), S.03(3.2); s: S.03(3.3)
6. Esempi di FSMD in Gezel e in VHDL
   • E06: 22/11/2017, r: S.05(5.4.4-5.5); s: Z.07(7.1-7.2), sn.5, sn.6
7. Esempio di progetto di un microprocessore in Gezel e VHDL
   • E07: 29/11/2017, r: S.06(6.5); s: Z.07(7.3-7.5)
8. Strumenti di analisi di programmi ed esempi del loro uso
   • E08: 06/12/2017, r: S.07(7.4); s: S.07(7.5, 7.6), sn.7, sn.8, sn.9, sn.10
9. Sviluppo di SoC su FPGA con profiling dell'applicazione
   • E09: 13/12/2017, r: rn.5; s: sn.11, sn.12
10. Sviluppo di componenti su FPGA. Pianificazione di seminari degli studenti
    • E10: 20/12/2017, r: rn.6
11. Realizzazione su FPGA di un coprocessore mappato in memoria
    • E11: 15/01/2018, progetto di laboratorio
12. Realizzazione su FPGA di un coprocessore multicore mappato in memoria
    • E12: 24/01/2018, progetto di laboratorio

Testi di riferimento

• N.B. Le parti dei testi raccomandate sono indicate nel programma, per ciascuna lezione, nella forma abbreviata A.C(S), dove: A = iniziali degli autori del testo, C = capitolo, S = sezione/i

P.R. Schaumont: A Practical Introduction to Hardware/Software Codesign
2nd Edition. Springer (2012)

• con correzioni al testo prodotte a partire dall'edizione 2013-2014 dell'insegnamento

M. Zwolinski: Digital System Design With VHDL
2nd Edition, Pearson (2004)

Note integrative di riferimento

1. Quartus Prime Introduction Using VHDL Designs - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
2. Using TimeQuest Timing Analyzer - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
3. Quartus Prime Introduction Using Schematic Designs - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
4. Using Library Modules in VHDL Designs - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
5. Introduction to the Qsys System Integration Tool - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
6. Making Qsys Components - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016

Libri di testo

C. Brandolese, W. Fornaciari: Sistemi embedded: sviluppo hardware e software per sistemi dedicati
Pearson, Milano (2007)

E.A. Lee & S.A. Seshia: Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach
2nd Ed., MIT Press (2017)

P. Marwedel: Embedded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems
2nd Edition. Springer (2011)

C. Rowen: Engineering the Complex SOC - Fast, Flexible Design with Configurable Processors
Prentice-Hall (2004)

F. Vahid & T. Givargis: Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction, Wiley (2002)

M. Wolf: Computers as components: Principles of embedded computing system design
3rd Edition, Morgan Kaufmann (2012)

Note integrative supplementari

1. F. Vahid (2006): Digital Design, Chapter 9, Hardware Description Languages (PDF slides)
2. D.J. Smith (1996): VHDL & Verilog Compared & Contrasted
3. Ghamarian et al. (2007): Latency minimization for Synchronous Data Flow Graphs
4. Stuijk et al. (2006): Exploring trade-offs in buffer requirements and throughput constraints for Synchronous Dataflow Graphs
5. C. Brandolese, Introduzione al linguaggio VHDL, Politecnico di Milano
6. Note sul VHDL, Corso di Architettura dei Sistemi Integrati
7. Introduction to the ARM® Processor Using Intel FPGA Toolchain - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
8. Introduction to the Intel Nios II Soft Processor - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
9. Intel FPGA Monitor Program Tutorial for ARM - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
10. Intel FPGA Monitor Program Tutorial for Nios II - For Quartus Prime 16.1, Intel Corp. - FPGA University Program, November 2016
11. Profiling Nios II Systems, AN-391-3.0, Altera Corp., July 2011
12. Performance Counter Unit Core, Ch. 31 in: Embedded Peripherals IP User Guide, Intel Corp., UG-01085 | 2017.11.06

Le attività di laboratorio consistono di una serie di esperienze sui seguenti argomenti:

• codesign e cosimulazione in Gezel e VHDL
• ottimizzazione di programmi nei linguaggi C e assembly
• programmazione di FPGA in VHDL
• codesign, simulazione e valutazione delle prestazioni su sistemi di sviluppo SoC con FPGA

Forum, Moodle, Galileo: cosa va dove?

• Forum: discussioni di
  • organizzazione dell'insegnamento, avvisi, FAQ
  • problemi con l'uso di servizi on-line, strumenti software ecc.
  • proposte di idee di progetti di sistemi dedicati
• Moodle (servizi ad accesso riservato):
  • accesso a materiali didattici di supporto
  • sviluppo di problemi ed esercizi proposti
  • discussioni di tematiche pertinenti a lezioni, esperienze di laboratorio e materiali didattici
  • collaborazione di gruppo, consegna di relazioni sulle esperienze di laboratorio
  • discussioni di proposte di progetti e del loro sviluppo
  • segnalazione e discussione di errori nei materiali didattici (possono valere punti bonus !)
• Galileo:
  • sviluppo di progetti hardware/software con documentazione e distribuzione dei risultati nel pubblico dominio