ID:
66678
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
64
CFU:
8
SSD:
ELETTRONICA
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT/Percorso Comune Anno: 2
Anno:
2025
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (19/02/2026 - 05/06/2026)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso fornisce gli elementi necessari per la prototipazione e la progettazione di sistemi elettronici integrati utilizzando dispositivi riconfigurabili (FPGA) comunemente utilizzati sia in ambienti embedded (incluso il mobile computing) che in piattaforme di calcolo. Il corso provvede, mediante attività di laboratorio assistite dal docente, le competenze per realizzare sistemi elettronici che spaziano nello spettro dell'elettronica digitale e dei mixed-signal systems. L'obiettivo principale del corso è di fornire agli studenti le conoscenze necessarie per la progettazione su FPGA di sistemi elettronici integrati con componenti, piattaforme e Electronics Design Automation (EDA) tools eterogenei considerando i vincoli che contribuiscono alle prestazioni, al consumo di potenza, e alla funzionalità degli stessi. Le principali conoscenze acquisite saranno: • elementi di base di una FPGA • conoscenza di un linguaggio di descrizione dell'hardware (VHDL) orientato alla simulazione e alla realizzazione di un sistema elettronico • uso di un ambiente di sviluppo integrato (IDE Vivado Xilinx) per sistemi FPGA • conoscenze relative ai vincoli di occupazione d'area, di memoria, e di consumo di potenza di un sistema elettronico realizzato su FPGA • conoscenze di base dei protocolli di comunicazione SPI e I2C per periferiche esterne come convertitori ADC e accelerometri • interfacciamento di un segnale elettronico analogico con un sistema elettronico digitale per costruire e processare un segnale usando il paradigma mixed-signal Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: • realizzare un sistema elettronico integrato usando una FPGA • identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento di un sistema elettronico • valutare il protocollo di comunicazione o la periferica più adatta per una determinata applicazione • utilizzare sistemi di prototipazione digitali da usare in ambienti embedded o high performance computing
Prerequisiti
Per seguire il corso è necessario avere compreso i concetti dei corsi di: - Elettronica dei sistemi digitali - Linguaggi di descrizione dell'hardware Nel corso sono comunque previsti dei richiami a tali corsi per facilitare la comprensione di alcuni argomenti specifici del corso. Per sostenere l'esame non è necessario avere superato gli esami associati. Essendo questo un corso di laboratorio è prevista una conoscenza minima dei concetti di base della strumentazione di laboratorio (alimentatore da banco, generatore di forme d'onda arbitrario e oscilloscopio).
Metodi didattici
3 Lezioni in aula 11 Esercitazioni di laboratorio su postazioni attrezzate con boards di sviluppo su FPGA (Digilent Basys3) e strumentazione per misure elettroniche (oscilloscopio, generatore di funzione, etc.)
Verifica Apprendimento
L'esame è una prova singola che consiste nello sviluppo di un sistema elettronico integrato che utilizza una scheda FPGA in laboratorio. Durante l'esame allo studente viene assegnato un design specifico da implementare sull'FPGA (ad esempio, potrebbe essere una FSM, una logica semplice, un design con un IP, ecc.). Esempi di design saranno forniti durante l'intero corso. Il voto finale si baserà sulla capacità dimostrata dallo studente nell'uso dei seguenti concetti esaminati in questo corso applicati al progetto su FPGA: - Creazione di un design usando un linguaggio di descrizione hardware (fino a 8 punti) - Simulazione di un design fornendo un testbench funzionale (fino a 8 punti) - Ottimizzazione del design in base ai vincoli di area / potenza / temporizzazione richiesti (fino a 8 punti) - Sintesi / Implementazione / Bitstream del design su FPGA con dimostrazione empirica della sua funzionalità (fino a 8 punti) Il punteggio massimo è 32 e si ottiene come some dei quattro punteggi definiti precedentemente. I punteggi superiori a 30 verranno classificati come 30 e lode. La durata dell'esame è di 3 ore. Il superamento dell'esame è prova di aver acquisito le conoscenze e le abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento. L'esame può essere sostenuto anche in lingua inglese qualora lo studente lo richieda.
Testi
Non esiste un libro di testo specifico per questo corso poiché tratteremo molti argomenti in laboratorio che richiederebbero la maggior parte della letteratura. Tuttavia, alcuni riferimenti utili per il linguaggio VHDL e la programmazione FPGA (che copriranno la maggior parte delle attività di laboratorio) potrebbero essere: - The Designer's Guide to VHDL, PJ Ashenden, Elsevier Science - Manuale di logica programmabile: PLD, CPLD e FPGA, A. K. Sharma, Mcgraw Hill Va ricordato che nelle prime tre lezioni impareremo/aggiorneremo VHDL, quindi anche le slides sono un riferimento
Contenuti
Essendo il corso un laboratorio didattico per gli studenti, si prevedono 3 lezioni (7.5 ore) introduttive sull'argomento dei sistemi elettronici integrati basati su FPGA e il linguaggio di descrizione dell'hardware usato per la loro programmazione più 11 sessioni di laboratorio (27.5 ore) nelle quali verranno affrontati diversi argomenti. Il corso verrà erogato su più turni di accesso al laboratorio per dare modo a tutti gli studenti di utilizzare le board FPGA e per gestire eventuali recuperi delle lezioni. Quando gli studenti non sono in laboratorio possono comunque proseguire le esercitazioni autonomamente installando il software di sviluppo sui propri PC. In questo modo il corso avrà una durata di 64 ore. I principali argomenti del corso sono: - Introduzione ai sistemi elettronici integrati: concetto di sistema elettronico analogico, digitale e mixed-signal, possibili scenari di integrazione, vincoli di progetto (consumo di potenza, occupazione d'area, costi) flusso di progettazione, sistemi di prototipazione e boards di sviluppo - Le logiche programmabili (FPGA): macro-struttura a blocchi, realizzazione integrata di una FPGA, programmare una FPGA mediante un linguaggio di descrizione dell'hardware (VHDL), sintesi e implementazione di un design, la board Digilent Basys3 - L'ambiente IDE Xilinx Vivado: come realizzare un primo progetto in VHDL di un sistema elettronico integrato, differenza fra simulazione (test bench) e implementazione, comunicazione con la board Digilent Basys3 e con le sue periferiche (LED, switches e push button) - Costruzione gerarchica di un sistema elettronico integrato: esempio di un sommatore hardware, concetto di entità e modulo in VHDL, riuso delle risorse, esempio di un modulatore PWM - Gestione degli I/O della board Digilent Basys3: multiplazione degli I/O con altre periferiche, pilotaggio e acquisizione di segnali mediante ADC integrati in FPGA - Protocolli di comunicazione nei sistemi elettronici: esempio e realizzazione di un semplice protocollo di comunicazione Point-to-Point tra FPGA, il protocollo UART, il protocollo SPI (realizzazione e simulazione di un SPI controller), il protocollo I2C (realizzazione e simulazione di un I2C controller) - La periferica 3-axis accelerometer Analog Devices ADXL345: schema circuitale, reference manual, interfacciamento con la board Digilent Basys3, processing dei segnali provenienti dall'accelerometro
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
INGEGNERIA ELETTRONICA PER L'ICT
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
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