Laboratório de Sistemas Digitais › 40333

código no paco
40333
área científica
Informática / Arquitetura dos Sistemas Computacionais
créditos
6
escolaridade
ensino teórico-prático (TP) - 1 hora/semana
ensino prático e laboratorial (PL) - 3 horas/semana
idioma(s) de lecionação
Português
objectivos

Na Unidade Curricular (UC) Laboratório de Sistemas Digitais (LSDig) pretende-se que os alunos adquiram competências de projeto de sistemas digitais, desenvolvendo para tal capacidades de:

- Utilização de linguagens de descrição de hardware para modelação de sistemas digitais com especial ênfase para os estilos de codificação orientados para a síntese e aspetos de portabilidade.

- Uso de ferramentas de captura de esquema lógico e de especificação gráfica (comportamental) de máquinas de estados finitos.

- Familiarização com as técnicas e ferramentas de simulação de sistemas digitais e metodologias de verificação do sistema.

- Síntese, implementação e prototipagem de sistemas digitais em dispositivos lógicos programáveis de elevada capacidade (Field Programmable Gate Arrays - FPGAs), incluindo configuração e aspetos normalmente específicos da arquitetura dos dispositivos.

- Depuração e teste baseado em placas de desenvolvimento com diversos tipos de periféricos e interfaces.

- Ferramentas de suporte às diversas etapas do fluxo de projeto.

competências

Na UC LSDig pretende-se que os alunos adquiram competências de projeto de sistemas digitais de média complexidade, aplicando de forma eficaz as diferentes linguagens, métodos, tecnologias e ferramentas atualmente disponíveis, incluindo:

- A utilização e combinação adequada da captura de esquemas lógicos, linguagens de descrição de hardware e modelação comportamental de máquinas de estados finitos na especificação e desenvolvimento de sistemas digitais.

- A prototipagem rápida de sistemas digitais com base em dispositivos lógicos programáveis de elevada capacidade (FPGAs).

- A utilização de ferramentas de projeto assistido por computador para efeitos de modelação, simulação, síntese, implementação, depuração, teste e otimização.

As competências adquiridas no âmbito desta UC permitirão aos futuros engenheiros de eletrónica e telecomunicações e de computadores e telemática, o projeto (desde a especificação até à prototipagem e teste) de qualquer sistema digital, com base em linguagens de descrição de hardware, ferramentas de captura de esquemas lógicos, dispositivos lógicos programáveis de elevada capacidade (FPGAs) e respetivas ferramentas de projeto. Além disso, os conceitos abordados e as competências adquiridas em LSDig são fundamentais para outras UCs da mesma ou de outras áreas científicas, onde são abordados temas nos domínios da arquitetura de computadores, sistemas embutidos, computação reconfigurável, sistemas integrados (Systems-on-Chip - SoCs), co-projecto de hardware/software, sistemas de comunicação e sistemas de rádio definidos por software.

conteúdos

LSDig é uma UC que visa:

- A aplicação em ambiente laboratorial e perante problemas concretos dos conhecimentos adquiridos na UC ISDig.

- A familiarização com a modelação, linguagens, ferramentas e fluxos de projeto de sistemas digitais atualmente empregues.

Nas aulas teórico-práticas e práticas de LSDig são abordados os seguintes
tópicos, recorrendo a exemplos introdutórios, casos de estudo, guiões práticos e mini-projetos:
- Introdução às FPGAs, ferramentas de projeto e kits de desenvolvimento
- Modelação em VHDL, simulação e implementação de:
  - Componentes combinatórios.
  - Circuitos aritméticos.
  - Circuitos sequenciais elementares.
  - Registos e módulos combinatórios de deslocamento.
  - Memórias de um porto e multi-porto.
  - Máquinas de Estados Finitos.
- Construção e utilização de testbenches.
- Depuração de circuitos.
- Precauções fundamentais de projeto nomeadamente: inicialização (reset), sincronização, geração e distribuição de sinais de relógio e restrições temporais.

avaliação

LSDig é uma UC com uma forte componente prática. A metodologia de ensino e de avaliação priveligia a componente laboratorial, atribuindo os seguintes pesos no cálculo da classificação final:

- teórico-prática - 40%

- prática - 60%

Para obter aprovação à UC, a média ponderada entre as duas componentes (teórico-prática e prática) deve ser igual ou superior a 9,5 valores, sendo a nota mínima de cada componente 8,0 valores.

A avaliação da componente teórica da UC é do tipo “exame final”, com um único momento de avaliação na época normal de exames.

A avaliação da componente prática da UC é do tipo “contínuo”. A nota final da componente prática resulta dos seguintes cinco elementos de avaliação:

- 2 testes individuais realizados durante o semestre: 55% (TI1 - 25%; TI2 - 30%)

- Mini-projeto em grupo (MPG): 5%

- Projeto final em grupo (PFG): 30%

- Avaliação nas aulas práticas (AAP): 10%

N. Prática = ((25 x TI1) + (30 x TI2) + (5 x MPG) + (30 x PFG) + (10 x AAP)) / 100

requisitos

LSDig é uma UC da área científica da Arquitetura dos Sistemas Computacionais dos Mestrados Integrados em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações (MIEET) e de Computadores e Telemática (MIECT). Em termos curriculares surge no segundo semestre do primeiro ano, após a UC Introdução aos Sistemas Digitais (ISDig), pelo que os conhecimentos e competências de ISDig são considerados fundamentais para LSDig.

LSDig incide sobre os conceitos fundamentais, as metodologias, as linguagens e as ferramentas atualmente empregues no projeto de sistemas digitais de complexidade média-alta, quer na indústria, quer em meios académicos de investigação e desenvolvimento.

Assume-se que os estudantes já estão familiarizados com o projeto de sistemas digitais, incluindo, sistemas de numeração, álgebra de Boole, técnicas de minimização e otimização lógica, elementos combinatórios e sequenciais, circuitos aritméticos, máquinas de estados finitos e blocos funcionais fundamentais.

metodologia

Em LSDig são disponibilizados os meios e usadas metodologias de ensino que promovem a aprendizagem ativa, priveligiam o "saber fazer" e a autonomia dos alunos e facilitam a aplicação das competências em diversas áreas da engenharia ao nível do desenvolvimento e investigação. Neste contexto realça-se:
- as abordagens de ensino (com uma forte componente laboratorial) baseada em problemas práticos, cuja solução deve ser validada e refinada experimentalmente.
- a disponibilização de kits de desenvolvimento e licenças de software para os alunos usarem quer nas aulas práticas quer fora das horas de contacto com o docente.
- a apresentação de exemplos simples e integradores em diversos domínios de aplicação, tais como, processamento de sinal, sistemas de comunicação, arquitetura de computadores, entre outras.
- a realização e apresentação de um mini-projeto e de um projeto final integradores dos conceitos abordados.

LSDig é uma UC com uma forte componente prática. As aulas teórico-práticas visam essencialmente a apresentação de conceitos, exemplos e ferramentas que servirão de base ao trabalho a realizar na componente laboratorial. As aulas práticas decorrem em laboratório de computadores com ferramentas de projeto e placas de desenvolvimento baseadas em FPGA. Nestas aulas são realizados um conjunto de guiões práticos que abrangem a generalidade dos componentes, técnicas de projeto e ferramentas de suporte atualmente empregues no desenvolvimento de sistemas digitais. Estes guiões, juntamente com um mini-projeto que os alunos têm de desenvolver de forma autónoma, visam a preparação para o projeto final, o qual pretende ser agregador de todos os conteúdos abordados na UC. O projeto final é desenvolvido em grupo de dois alunos, durante o último terço do semestre, é submetido juntamente com um relatório escrito, apresentado e defendido perante a turma na última aula prática do semestre. Desta forma, além dos conhecimentos de projeto de sistemas digitais, pretende-se desenvolver também um conjunto de competências transversais ao nível do trabalho em equipa, escrita de documentação técnica, apresentação e defesa pública de um trabalho técnico.

bibliografia base
- J. F. Wakerly, “Digital Design. Principles and Practices”, 4ª ed., Prentice Hall, 2005.
bibliografia recomendada

- B. C. Readler, “VHDL by Example - A Concise Introduction for FPGA Design”, Full Arc Press, 2014.

- B. Mealy, F. Tappero, “Free Range VHDL”, www.freerangefactory.org, 2016.

- J. F. Wakerly, “Digital Design. Principles and Practices”, 4ª ed., Prentice Hall, 2005.

- P. J. Ashenden, “The Student';s Guide to VHDL”, 2 ed., Morgan Kaufmann, 2008.

- K. Parnell, N. Mehta, “Programmable Logic Design Quick Start Hand Book”, Xilinx, 2006.

- P. J. Ashenden, “Digital Design: An Embedded Systems Approach Using VHDL”, Morgan Kaufmann, 2008.

- S. Kilts, “Advanced FPGA Design: Architecture, Implementation, and Optimization”, John Wiley & Sons, 2007.

- V. Sklyarov, I. Skliarova, A. Barkalov, L. Titarenko, “Synthesis and Optimization of FPGA-based Systems”, Springer, 2014.

- V. Sklyarov, I. Skliarova, “Parallel Processing in FPGA-based Digital Circuits and Systems”, TUT Press, Tallinn, Estonia, 2013.

Este sítio web utiliza cookies sem recolher informação pessoal que permita a identificação dos utilizadores. Ao navegar neste sítio está a consentir a sua utilização.saber mais
Para que esta página funcione corretamente deve ativar a execução de Javascript. Se tal não for possível, algumas funcionalidades poderão estar limitadas.