PEC - Proyecto de Ingeniería de Computadores

Transcripción

1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: FIB - Facultad de Informática de Barcelona ESAII - Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial AC - Departamento de Arquitectura de Computadores GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA (Plan 2010). (Unidad docente Optativa) 6 Idiomas docencia: Catalán Profesorado Responsable: Otros: - Josep-Llorenç Cruz Diaz (cruz@ac.upc.edu) - Antonio Benito Martínez Velasco (antonio.b.martinez@upc.edu) Requisitos - Pre-Corequisito SO2 - Pre-Corequisito DSBM - Pre-Corequisito AC2 Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: CEC1.1. Diseñar un sistema basado en microprocesador/microcontrolador. CEC2.1. Analizar, evaluar, seleccionar y configurar plataformas hardware para el desarrollo y la ejecución de aplicaciones y servicios informáticos. CEC2.2. Programar considerando la arquitectura hardware, tanto en ensamblador como en alto nivel. CEC2.3. Desarrollar y analizar software para sistemas basados en microprocesadores y sus interfícies con usuarios y otros dispositivos. CEC3.2. Desarrollar procesadores específicos y sistemas empotrados; desarrollar y optimizar el software de estos sistemas. CT6.2. Demostrar conocimiento, comprensión y capacidad de evaluar la estructura y la arquitectura de los computadores, así como los componentes básicos que los conforman. CT7.1. Demostrar conocimiento de las métricas de calidad y saber utilizarlas. CT8.7. Controlar versiones y configuraciones del proyecto. Genéricas: G1. EMPRENDEDURÍA E INNOVACIÓN: Conocer y comprender la organización de una empresa y las ciencias que rigen su actividad; capacidad de comprender las reglas laborales y las relaciones entre la planificación, las estrategias industriales y comerciales, la calidad y el beneficio. Desarrollar la creatividad, el espíritu emprendedor y la tendencia a la innovación. G4. COMUNICACIÓN EFICAZ ORAL Y ESCRITA: Comunicar de forma oral y escrita con otras personas conocimientos, procedimientos, resultados e ideas. Participar en debates sobre temas propios de la actividad del ingeniero técnico en informática. G5. TRABAJO EN EQUIPO: Ser capaz de trabajar como miembro de un equipo, ya sea como un miembro más, o realizando tareas de dirección con la finalidad de contribuir a desarrollar proyectos con pragmatismo y sentido de la responsabilidad, asumiendo compromisos teniendo en cuenta los recursos disponibles. 1 / 11

2 Metodologías docentes La metodolog a docente se describe en las Actividades del curso Objetivos de aprendizaje de la asignatura 1.null 2.null 3.null 4.null 5.null 6.null 7.null 8.null 9.null 10.null 11.null 12.null 13.null 14.null 15.null 16.null Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 150h Horas grupo grande: 0h 0.00% Horas grupo mediano: 0h 0.00% Horas grupo pequeño: 60h 40.00% Horas actividades dirigidas: 6h 4.00% Horas aprendizaje autónomo: 84h 56.00% 2 / 11

3 Contenidos Introducció. Una breu presentació de l'assignatura. Una introducció a la gestió de projectes. En el Q1 una introducció al disseny basat en sistemes encastats i en el Q2 una introducció al dispositius programables (FPGA) i als llenguatges de descripció de hardware (Q1 - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat) Desenvolupament d'un projecte de sistema encastat Etapes de desenvolupament i planificació d'un sistema encastat. Eines de desenvolupament. Repercussions sòcio-ambientals del projecte. Memòria i plec de condicions. (Q1 - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat) Descripció hardware dels sistemes encastats Tècniques i eines de descripció del hardware d'un sistema encastat. Diagrames de blocs. Esquemes elèctrics. Sistemes de captura d'esquemes (Q1 - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat) Implementació hardware dels sistemes encastats Mètodes i eines per a l'obtenció d'un prototipus a partir del disseny 3 / 11

4 (Q1 - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat) Disseny de sistemes autònoms low cost low power Es presenten les alternatives de disseny per tal d'obtenir sistemes de baix consum i baix cost (Q1 - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat) Descripció software dels sistemes encastats Tècniques i eines de descripció del software d'un sistema encastat. Diagrames de flux, diagrames d'estats, disseny basat en models. Idoneïtat segons l'aplicació. (Q1 - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat) Implementació software dels sistema encastats Depuració i prova del firmware dels sistemes encastats (Q2 - Projecte d'implementació d'un processador) Eines de desenvolupament d'fpga. 4 / 11

5 Eines per a la descripció y programació de hardware sobre FPGA. Simuladors y depuradors (debuggers) de circuits. Descripció de la placa de proves. Implementació d'alguns blocs bàsics (multiplexors, sumadors, rellotges) en una placa de proves. (Q2 - Projecte d'implementació d'un processador) Llenguatges de descripció de hardware. Repàs dels conceptes bàsics de VHDL y ampliació dels coneixements en llenguatges de descripció del hardware. (Q2 - Projecte d'implementació d'un processador) Descripció del processador. Repàs d'alguns de des coneixements y tècniques adquirits prèviament en el disseny de computadors. Mostar el repertori d'instruccions i el disseny de blocs hardware del processador a implementar. (Q2 - Projecte d'implementació d'un processador) Implementació bàsica del processador. Implementació d'un processador bàsic (banc de registres i ALU simple) unicicle. Implementació d'una memòria en una FPGA. 5 / 11

6 (Q2 - Projecte d'implementació d'un processador) Implementació del processador complert. Implementació d'un processador segmentat multicicle. Implementació d'un controlador de memòria que gestioni memòries ROM i RAM externes a la FPGA. Implementació més complerta d'una ALU i de les instruccions de salt. Implementació d'un controlador dels sistemes d'entrada/sortida. Afegir suport a interrupcions i excepcions. Afegir un suport bàsic per part del processador per als sistemes operatius actuals (gestió de memòria virtual i execució d'instruccions de forma privilegiada). 6 / 11

7 Planificación de actividades Introducció Dedicación: 2h Grupo grande/teoría: 0h Grupo mediano/prácticas: 0h Grupo pequeño/laboratorio: 2h Actividades dirigidas: 0h Aprendizaje autónomo: 0h <li>(q1) - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat<p> Presentació de l'assignatura. Introducció a la gestió de projectes. Introducció al disseny basat en sistemes encastats. <br> <li>(q2) - Projecte d'implementació d'un processador<p> Presentació de l'assignatura. Introducció a la gestió de projectes. Introducció al dispositius programables (FPGA) i als llenguatges de descripció de hardware. 1 Fase inicial del projecte Dedicación: 12h Grupo grande/teoría: 0h Grupo mediano/prácticas: 0h Grupo pequeño/laboratorio: 6h Actividades dirigidas: 0h Aprendizaje autónomo: 6h <li>(q1) - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat<p> Especificacions i objectius del projecte. Obtenir unes especificacions dels sistema a partir de les alternatives donades pel professor. Definició dels blocs de tasques de desenvolupament i distribució en els diferents grups de laboratori. Diagrama de Gannt del projecte. Diagrama de blocs del sistema complint amb les especificacions. Generar un primer esquema del Hardware de la placa base del sistema. <br> <li>(q2) - Projecte d'implementació d'un processador<p> Aprendre conceptes de VHDL. Pautes del disseny de blocs tipus sumadors, comptadors, registres. 2, 3, 4, 9, 10 7 / 11

8 Fase intermèdia del projecte Dedicación: 46h Grupo grande/teoría: 0h Grupo mediano/prácticas: 0h Grupo pequeño/laboratorio: 20h Actividades dirigidas: 0h Aprendizaje autónomo: 26h <li>(q1) - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat<p> Obtenció de la placa base prototip del sistema. Implementació del software del sistema. Obtenir el firmware de control dels diferents dispositius externs (perifèrics, interfícies,sensors i actuadors). Posada en funcionament de la placa base i dels dispositius externs. <br> <li>(q2) - Projecte d'implementació d'un processador<p> Primer implementar un processador unicicle senzill tipus RISC. Aquest processador estarà format nomes per dos blocs (Banc de Registres i ALU) i una petita lògica de control. Aquest processador serà la base per més endavant desenvolupar-ne un més complert. Seguidament implementar un processador multicicle. Recordar el concepte de fases d'execució. A més a més el processador gestionarà una memòria RAM externa per a les dades i una memòria Flash amb el programa a executar. 4, 5, 6, 11, 12, 13 Fase avançada del projecte Dedicación: 46h Grupo grande/teoría: 0h Grupo mediano/prácticas: 0h Grupo pequeño/laboratorio: 20h Actividades dirigidas: 0h Aprendizaje autónomo: 26h <li>(q1) - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat<p> Integració hardware de tots els dispositius externs a la placa base. Integració del firmware de control dels dispositius externs a la placa base. <br> <li>(q2) - Projecte d'implementació d'un processador<p> Connectar dispositius d'entrada/sortida més complexos. Implementar sistemes i estructures avançades en un processador. Afegir suport a interrupcions i excepcions. Afegir un suport bàsic per part del processador per als sistemes operatius actuals (gestió de memòria virtual i execució d'instruccions de forma privilegiada). Inicialització del sistema operatiu. Anàlisi de recursos. 8 / 11

9 5, 7, 8, 13, 14 Fase final del projecte Dedicación: 30h Grupo grande/teoría: 0h Grupo mediano/prácticas: 0h Grupo pequeño/laboratorio: 12h Actividades dirigidas: 0h Aprendizaje autónomo: 18h <li>(q1) - Projecte de disseny i implementació d'un sistema encastat<p> Verificar que les prestacions i el funcionament del sistema integrat compleixen les especificacions i objectius marcats inicialment. Correcció i ajust de les desviacions. <br> <li>(q2) - Projecte d'implementació d'un processador<p> Proposar e implementar millores en les capacitats del processadors, en l'arquitectura del processador, en els dispositius d'entrada/sortida o en el sistema operatiu del projecte realitzat. 5, 7, 8, 15, 16 Presentació oral del treball de recerca i avaluació de competències transversals. 15 Dedicación: 11h Actividades dirigidas: 3h Aprendizaje autónomo: 8h 9 / 11

10 Entrega de la pràctica (documentació i codi) i entrevista del projecte Dedicación: 3h Actividades dirigidas: 3h Aprendizaje autónomo: 0h Sistema de calificación No traducido a n 10 / 11

11 Bibliografía Básica: Hennessy, J.L.; Patterson, D.A. Computer architecture: a quantitative approach. 5th ed. Elsevier, Morgan Kaufmann, ISBN Ganssle, J.G. The art of designing embedded systems [en línea]. 2nd ed. Elsevier / Newnes, 2008Disponible a: <uhttp:// ISBN Ganssle, J.G. The art of programming embedded systems. Academic Press, ISBN Koopman, P. Better embedded system software. Drumnadrochit Press, ISBN Complementaria: Saiz, J.; Portero, A.; Aragonès, R. LittleProc: disseny d'un microprocessador en una plataforma reconfigurable.. Servei de Publicacions de la Universitat Autònoma de Barcelona, ISBN Catsoulis, J. Designing embedded hardware. 2nd ed. O'Reilly, ISBN Peatman, J.B. Design with PIC microcontrollers. Prentice Hall, ISBN Otros recursos: Enlace web / 11