49471 Linguaggi per la progettazione dell'hardware 1
Settore scientifico-disciplinare: ING/INF0 5
Crediti: 5
Obiettivi formativi specifici
Introdurre i sistemi elettronici digitali dedicati e le relative metodologie di progetto con particolare riferimento ai dispositivi logici programmabili. In particolare saranno analizzate le metodologie di progettazione basate sull'utilizzo dei linguaggi di descrizione dell'hardware (i.e. il linguaggio VHDL) ed i relativi strumenti CAD.
Verrà quindi fatto cenno ai linguaggi di descrizione dei sistemi elettronici a segnale misto quali ad esempio il linguaggio VHDL – AMS.
• Tecnologie e architetture dei sistemi integrati digitali dedicati (e.g. DSP, ASPP, FPGA e ASIC) e loro confronto in termini di consumo/flessibilità/prestazioni. Cenni ai flussi di progettazione semi- e full-custom. Definizione delle metriche di progetto: funzionalità, costi ricorrenti e non ricorrenti, affidabilità e margini di rumore, ecc.
• Dispositivi logici programmabili ( PAL, PLD, CPLD, FPGA) : caratteristiche architetturali e blocchi funzionali. Analisi comparativa.
• I linguaggi di descrizione dell'hardware. Il linguaggio VHDL: struttura di un programma in linguaggio VHDL, tipi di dati elementari, costanti variabili, operatori elementari ed espressioni, strutture di controllo; librerie.
• Introduzione alla progettazione di sistemi digitali dedicati. Flusso di progetto basato sul linguaggio VHDL e sintesi logica automatica. Definizione di un'unità VHDL: entity ed architecture. Modellizzazione e simulazione di sistemi hardware con VHDL e relativi esempi. Progettazione e sviluppo di alcune applicazioni e casi di studio.
• Linguaggi per la descrizione di sistemi a segnale misto: il linguaggio VHDL – AMS. Esempi di descrizione di sistemi a segnale misto.
• Strumenti di sviluppo: utilizzo di ambienti di sviluppo integrati per la progettazione, compilazione e simulazione funzionale di dispositivi digitali a logica programmabile.
Capacità operative
Capacità di descrivere e simulare un sistema elettronico digitale a differenti livelli di astrazione utilizzando il linguaggio VHDL.
Capacità di sviluppare il progetto completo di un sistema digitale utilizzando circuiti integrati digitali dedicati. Partendo dalla fase di analisi del problema l'allievo sarà in grado di giungere all'implementazione fisica del progetto su un dispositivo logico programmabile.
Conoscenza dei linguaggi di descrizione dell'hardware a segnale misto.
Tipologia delle attività didattiche e loro articolazione
Il corso alterna lezioni in aula ed esercitazioni ed attività di studio in laboratorio/aula informatica con l'utilizzo di strumenti CAD per la progettazione di sistemi elettronici digitali dedicati.
Tipologia e modalità d'esame
Prova pratica in laboratorio/aula informatica ed esame orale.
Propedeuticità :
Nessuna
Riferimenti bibliografici:
• Dispense e appunti del corso.
• Versione "freeware" del CAD Xilinx ISE (WebPack scaricabile da www.xilinx.com).
Testi di consultazione:
• Kevin Skahill, et al, “Vhdl for Programmable Logic” Addison-Wesley, June 1996.
• U.Meyer-Baese, "Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays", Springer 2001.
• S. Huss, Model Engineering in Mixed-Signal Circuit Design, 1st ed., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht , The Netherlands , 2001.
• E. Christen, K. Bakalar et al., Analog and Mixed-Signal Modeling Using the VHDL-AMS Language, Tutorial, Design Automation Conference, June 1999.