Embedded Systems - Ingegneria Elettronica

Embedded Systems 1. DESCRITTORI 1.1 Settore scientifico‐disciplinare: ING‐INF/01 1.2 Crediti formativi universitari: 6 1.3 Docente: Alberto Ferrari 1.4 Contatti docente: [email protected], [email protected] 1.5 Offerto ai corsi di studio: MARR, MELR1, MINR1 1.6 Calendarizzazione: primo semestre 1.7 Tipologia di valutazione: esame con votazione in trentesimi (scritto) 1.8 Anni accademici di riferimento: a.a. 2011/14 2. OBIETTIVI DEL MODULO E CAPACITÀ ACQUISITE DALLO STUDENTE ITALIANO Il corso è finalizzato all’introduzione e all’approfondimento di architetture e metodologie di progettazione dei sistemi dedicati. Lo studente apprenderà ed approfondirà metodi e tecniche di cattura dei requisiti del sistema, di specifica della funzionalità, di sintesi della architettura di computazione e comunicazione, della scomposizione e allocazione delle funzioni sui componenti hardware software, della coprogettazione hardware/software e della valutazione dei vincoli di tempo reale. INGLESE The course aims at introducing and enhancing the knowledge of embedded systems’ architectures and design methodologies. Students will learn methods and techniques for requirements analysis, system functional specification, synthesis of computation and communication architectures, function decomposition and allocation to hardware and software components, hardware/software co‐design and analysis of real‐time constraints. 3. RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI ITALIANO Al termine del corso lo studente conoscera’ la struttura e le fasi di progettazione di un sistema embedded e i principali strumenti formali per la modellazione, simulazione e valutazione prestazionale. INGLESE At the end of the course the student will know the structure and the phases of the design life‐cycle of an embedded system along with the main tools for its formal modeling, simulation and performance analysis. 4. PROGRAMMA ITALIANO INTRODUZIONE. Definzione di sistema embedded ed analisi dei domini applicativi (safety, building automation, avionica e automotive). Processi di progettazione dei sistemi dedicati (processo v‐shape). MODELLAZIONE FUNZIONALE, ANALISI E SIMULAZIONE. Introduzione all’analisi dei requisiti. Introduzione ai principali modelli di computazione e modellazione dei sistemi embedded. Descrizione formale e composizione di macchine a stati finiti. Definizione e composizione asincrona di macchine a stati finiti. Statecharts e macchine a stati finiti gerarchiche. Introduzione alla modellazione basata su eventi, sistemi ad eventi discreti e cenni alle problematiche di simulazione. Sistemi basati su flusso di dati, descrizione e modellazione (Data Flow Network, cenni alle Kahn Process Network, balance equations). Introduzione a linguaggi di modellazione (UML e SysML) e simulazione (SystemC) di sistemi dedicati. ARCHITETTURA E ANALISI DI PRESTAZIONI. Esempi applicativi nell’ambito dell’analisi e della progettazione di architetture. Descrizione dell’architettura di sistema, analisi e progettazione dell’interfacciamento input/output, problematiche di partizionamento hardware/software e di comunicazione (protocolli CAN e Ethernet). Problematiche di scheduling nei sistemi embedded (definizioni, vincoli di schedulazione) e studio dei principali algoritmi di task scheduling. Response time analysis per sistemi distribuiti. MAPPING. Introduzione al Platform Based Design ed esempi applicativi. Definizione dei problemi di mapping e di sintesi nell’ambito dei sistemi embedded. Sistemi embedded dependable (concetti, stime di affidabilita’ e contromisure, cenni a standard internazionali). APPLICAZIONI. Descrizione di esempi applicativi nel settore dell’automotive (descrizione architetturale e standard di comunicazione CAN, AUTOSAR e cenni a timing analysis e schedulazione) e del building automation (Ethernet). SISTEMI IBRIDI. Descrizione di modelli ibridi (con dinamiche discrete e miste). Descrizione di modelli matematici per sistemi dinamici (Modelli deterministici e Zenoniani). INGLESE INTRODUCTION. Definition of embedded system and analysis of its main application domains (safety, building automation, avionics and automotive). Embedded system development process (v‐shaped process). FUNCTIONAL MODELING, ANALYSIS AND SIMULATION. Introduction to requirements analysis. Introduction to main models of computation and communication. Formal description and finite state machines composition. Definition and asynchronous composition of finite state machines. Introduction to event‐based modeling, discrete event systems and hints on simulation issues. Data‐flow based systems description and modeling (Data Flow Networks, hints on Kahn networks, balance equations). Introduction to system modeling languages (UML and SysML) and simulation languages (SystemC) for embedded systems. ARCHITECTURE AND PERFORMANCE ANALYSIS. Examples of design and analysis of embedded systems used in real industry applications. System architecture description, design and analysis for input/output interfacing, hardware/software partitioning issues and communication protocols (CAN and Ethernet). Scheduling issues for embedded systems (definitions and scheduling constraints) and study of the main scheduling algorithms. Response time analysis for embedded systems. MAPPIING. Introduction to the Platform‐based Design approach and application examples. Dependable embedded systems (main concepts, dependability estimation and countermeasures with explicit reference to international standards). APPLICATIONS. Description of real industry cases in the following fields: automotive (description of the CAN protocol, AUTOSAR guidelines and hints on timing analysis and scheduling) and building automation (the Ethernet protocol). HYBRID SYSTEMS. Study of mathematical models for dynamic systems (deterministic and Zenonian models) 5. MATERIALE DIDATTICO 
E. A. Lee and S. A. Seshia, Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach,
http://LeeSeshia.org, 2011.  Lucidi del corso: https://sites.google.com/site/embeddedsystems2013/my-forms 6. SITO WEB DI RIFERIMENTO https://sites.google.com/site/embeddedsystems2013/home