Ενσωματωμένα Συστήματα

1. Ορισμός Ενσωματωμένων Συστημάτων, Προδιαγραφές Πραγματικού Χρόνου,
2.  Αρχιτεκτονική Ενσωματωμένων Συστημάτων,
3. Στάδια σχεδίασης Ενσωματωμένων Συστημάτων, Μέθοδοι περιγραφής υψηλού επιπέδου,
4. Βέλτιστος Επιμερισμός Λειτουργιών σε Υλικό/Λογισμικό και Χρονοπρογραμματισμός,
5. Μέθοδοι Συνεξομοίωσης Υλικού/Λογισμικού,
6. Αρχιτεκτονική Μικροελεγκτών, ενσωματωμένες μνήμες,
7. RISC Ρεπερτόριο εντολών,
8. Χρήση Παράλληλων/Σειριακών Θυρών, Χρονομετρητών, ADC, Αναλογικών Συγκριτών, κλπ,
9. Ελεγκτής Δικτύου Ethernet 802.3 MAC,
10.  Θύρα USB (device port and host controller),
11.  Κώδικας οδήγησης περιφερειακών κυκλωμάτων,
12.  Υλικό ειδικού σκοπού στα ενσωματωμένα συστήματα, υλοποίηση με ASICs,
13.  Επαναδιαμορφώσιμο υλικό.

Το μάθημα σκοπεύει στην εξοικείωση του αναγνώστη, με τις έννοιες των Ενσωματωμένων Συστημάτων και των συστημάτων ειδικού σκοπού, σε αντιδιαστολή τις υπολογιστικές πλατφόρμες γενικού σκοπού, όπως είναι οι προσωπικοί υπολογιστές.

Η ύλη του μαθήματος στοχεύει στην κατανόηση της Αρχιτεκτονικής και των μεθόδων σχεδίασης ενσωματωμένων συστημάτων. Αυτή η μέθοδος σχεδίασης ενσωματωμένων συστημάτων ονομάζεται Συ-σχεδίαση (Co-design) Υλικού/Λογισμικού και περιλαμβάνει τον Επιμερισμό Λειτουργιών και την αντιστοίχησή τους σε Υλικό και Λογισμικό, όπως και την συνεξομοίωση αυτών (HW/SW partitioning and co-simulation). Θα γίνει σαφές στους αναγνώστες ότι στα ενσωματωμένα συστήματα όπως τα συστήματα ολοκληρωμένου κυκλώματος οι προδιαγραφές διαστάσεων, κόστους, κατανάλωσης κλπ καθώς και οι απαιτήσεις πραγματικού χρόνου που έχουν τα καθιστούν πολύ διαφορετικά από τους υπολογιστές γενικού σκοπού.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο αναγνώστης θα είναι σε θέση να:

• Έχει κατανοήσει τα βασικά χαρακτηριστικά και τις προδιαγραφές των ενσωματωμένων συστημάτων.
• Έχει κατανοήσει τις μεθόδους σχεδίασης και αναπαράστασης Ενσωματωμένων Συστημάτων σε διάφορα επίπεδα.
• Έχει κατανοήσει την έννοια του Επιμερισμού Λειτουργιών σε υλοποιήσεις Υλικού ή Λογισμικού και τη μέτρηση της απόδοσης κάθε υλοποίησης με τη βοήθεια Συνεξομοίωσης.
• Είναι σε θέση να σχεδιάζουν και να υλοποιούν ενσωματωμένα συστήματα και συστήματα πραγματικού χρόνου.
• Είναι σε θέση να κατανοούν τη σχεδίαση ενσωματωμένων συστημάτων με χρήση μικροελεγκτών καθώς και να χρησιμοποιούν τα περιφερειακά τους κυκλώματα όπως Παράλληλες/Σειριακές Θύρες, Ελεγκτές Διακοπών, Χρονομετρητές, ADCs, καθώς και περισσότερο σύνθετων περιφερειακών κυκλωμάτων όπως Ελεγκτές Ethernet/USB.
• Μπορούν να χειρίζονται τις μνήμες που χρησιμοποιούνται στα ενσωματωμένα συστήματα όπως είναι οι μνήμες Flash, SRAM, SDRAM.
• Μπορούν να αναπτύσσουν οδηγούς λογισμικού για το χειρισμό των περιφερειακών κυκλωμάτων.
• Αναπτύσσουν υλικό ειδικού σκοπού είτε με επαναδιαμορφώσιμο υλικό είτε ως ολοκληρωμένα κυκλώματα ειδικού σκοπού.

Προτεινόμενα συγγράμματα

• Wayne Wolf,

 Οι Υπολογιστές ως Συστατικά Στοιχεία, Έκδοση: 1η/2008, ISBN: 978-960-6759-18-5,

ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΝΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΜΟΝ. ΕΠΕ.

• ΝΙΚΟΛΑΟΣ Χ. ΠΕΤΡΕΛΛΗΣ, ΓΕΩΡΓΙΟΣ Φ. ΑΛΕΞΙΟΥ, ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΕΣ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΜΙΚΡΟΫΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ, Έκδοση: 2η/2012, ISBN: 978-960-461-500-1,

ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΛΕΙΔΑΡΙΘΜΟΣ ΕΠΕ.

• Atmel ATtiny2313, AT91RM9200 reference manuals,
• Xilinx Virtex, Altera Stratix datasheets

Πηγές στη βιβλιοθήκη του ιδρύματος

• Sass, Ronald, Schmidt, Andrew G. 

Embedded systems design with platform FPGAs : principles and practices.

Amsterdam; Boston: Elsevier/Morgan Kaufmann c2010.

• Wilmshurst, Tim

Designing embedded systems with PIC microcontrollers: principles and applications,

Amsterdam; Boston: Elsevier/Newnes c2010.

• Wolf , Wayne, Βώρος , Νικόλαος Σπ., Κριθαρίδης , Δημήτρης Σ., Μασσέλος , Κων/νος Γ.

Οι υπολογιστές ως συστατικά στοιχεία: αρχές σχεδίασης ενσωματωμένων υπολογιστικών συστημάτων.

Αθήνα: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών c2008

• Διδασκαλία καθ έδρας και συμπληρωματική-ενισχυτική εκπαίδευση μέσω ασύγχρονης πλατφόρμας.
• Εργαστήριο.

Τελική εξέταση σε ασκήσεις με επιτρεπόμενη τη χρήση του βασικού συγγράμματος.

• Βασικές έννοιες Αρχιτεκτονικής υπολογιστών και ηλεκτρονικών.
• Γνώση της γλώσσας προγραμματισμού C.

Θεματική επιστημονική περιοχή

Σύμφωνα με το πρότυπο ACM:

Αρχιτεκτονική Υπολογιστικών Συστημάτων: Ενσωματωμένα και Κυβερνο-φυσικά Συστήματα (Συστήματα ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος, Ενσωματωμένα Συστήματα), Συστήματα Πραγματικού Χρόνου (Προδιαγραφές και Αρχιτεκτονική Συστημάτων Πραγματικού Χρόνου)

Υλικό Υπολογιστών: Ολοκληρωμένα Κυκλώματα (Διασύνδεση, Ημιαγωγική Μνήμη, Λογικά κυκλώματα, Επαναδιαμορφώσιμο Υλικό και FPGAs)