Projeto de Sistemas Digitais

Código:

EEC0055

Sigla:

PSDI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2012/2013 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEEC	18	Plano de estudos de Transição a partir de 2010/11	4	-	6	63	162
		Plano de estudos oficial	4	-	6	63	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

O objetivo geral desta unidade curricular é fornecer aos alunos conhecimentos sobre aspectos tecnológicos e metodológicos do processo de projecto de sistemas digitais complexos para aplicações específicas, tendo em vista a sua realização em tecnologias microelectrónicas (circuitos integrados de aplicação específica - ASIC e sistemas digitais reconfiguráveis - FPGA). A atividade desenvolvida na unidade curricular é focada nas componentes de construção de modelos abstratos de sistemas digitais ao nível RTL, usando linguagens padrão para descrição de hardware digital (Verilog HDL), verificação por simulação lógica e síntese ao nível RTL, recorrendo a atividade prática trabalhada em torno de projetos orientados para plataformas FPGA.

Resultados de aprendizagem e competências

Após a conclusão com sucesso desta unidade curricular, os alunos deverão ser capazes de:

- Identificar as tarefas principais que integram o fluxo de projecto industrial de sistemas digitais para diferentes tecnologias microelectrónicas (ASICs ou FPGAs).

- Dominar o processo de modelação de sistemas electrónicos digitais com linguagens de descrição de hardware digital (Verilog), nas perspectivas de simulação/verificação e de síntese automática ao nível RTL.

- Planear o processo de verificação para um sistema digital tendo por base ferramentas de simulação lógica e desenvolver plataformas de verificação (“testbenches”).

- Construir circuitos sequenciais síncronos com um ou mais domínios de relógio e saber caracterizar as restrições temporais associadas ao projecto e implementação desse tipo de sistemas digitais, em particular no que se refere ao projecto de redes de distribuição de sinais de relógio.

- Avaliar comparativamente diferentes implementações de circuitos aritméticos para as operações elementares e implementar circuitos aritméticos dedicados sob restrições de área e desempenho dadas.

- Saber aplicar os processos e as tarefas para a integração de componentes pré-construídos (“IP cores”), concretizando num ambiente de projecto para dispositivos FPGA.

- Identificar os processos básicos associados ao consumo de energia em circuitos microelectrónicos digitais (em tecnologia CMOS) e aplicar os princípios elementares para o projecto de circuitos digitais de baixo consumo de energia.

- Identificar metodologias de projecto de sistemas integrados combinando software executado em CPUs convencionais com unidades dedicadas de processamento e interface.

- Desenvolver aptidões pessoais, profissionais e inter-pessoais (trabalho em grupo e comunicação escrita e oral) com a realização dos trabalhos laboratoriais em grupo e elaboração dos respectivos relatórios.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Conhecimentos básicos de sistemas digitais e álgebra de Boole

Programa

Projecto estruturado de Sistemas Digitais: fluxo de projecto; metodologias de projecto top-down e bottom-up; modelos para representação de sistemas digitais em diferentes níveis de abstracção; hierarquia e modularidade. Linguagens de descrição de hardware (HDLs); perspectivas da modelação, verificação e síntese lógica. Síntese de sistemas digitais ao nível da transferência entre registos (RTL). Princípios dos processos de síntese comportamental (alto nível). Verificação do projecto: validação funcional, verificação lógica e análise temporal; construção de modelos de teste (testbenches). Sistemas digitais síncronos; problemas associados à geração, gestão e distribuição de sinais de relógio; sistemas síncronos com diferentes domínios de relógio. Tecnologias reconfiguráveis de suporte à implementação de sistemas digitais: FPGAs e sistemas combinados FPGA/microprocessador. Síntese de unidades de controlo (controlpath) e de unidades de processamento de dados (datapath). Projecto de unidades de processamento dedicadas: arquitecturas de operadores aritméticos. Princípios de projecto (aos níveis RTL e arquitectural) orientado para baixo consumo de energia.

Bibliografia Obrigatória

Smith, Douglas J.; HDL chip design. ISBN: 0-9651934-3-8
Ciletti, Michael D.; Advanced digital design with the verilog HDL. ISBN: 0-13-089161-4

Bibliografia Complementar

Bergeron, Janick; Writing testbenches. ISBN: 0-7923-7766-4
Palnitkar, Samir; Verilog HDL. ISBN: 0-13-451675-3

Observações Bibliográficas

As datas previstas para conclusão dos trabalhos práticos poderão vir a sofrer ajustamentos pontuais.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nas aulas teóricas (2 horas) são expostos os assuntos que constituem o programa da disciplina. Nas aulas práticas (2 horas) serão desenvolvidos trabalhos laboratoriais que exercitam as metodologias de projecto, ferramentas e os conceitos apresentados nas aulas teóricas. Os trabalhos práticos são baseadas na utilização das ferramentas de projecto da XILINX, seguindo uma metodologia de projecto top-down baseada na linguagem de descrição de hardware Verilog, síntese automática e implementação em sistemas reconfiguráveis baseados em dispositivos FPGA. Todo o material de apoio, consistindo nos slides das aulas teóricas e guiões dos trabalhos a desenvolver nas aulas práticas, serão disponibilizados na página da disciplina.

Software

Xilinx ISE 10.1
Xilinx EDK 10.1
ModelSim SE 6.4

Palavras Chave

Ciências Físicas > Ciência de computadores > Sistemas Digitais
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de computadores

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	56,00
Trabalho laboratorial 1	Trabalho laboratorial	8,00	10,00
Trabalho laboratorial 2	Trabalho laboratorial	8,00	10,00
Exame final	Exame	3,00	40,00
Trabalho laboratorial 3	Trabalho laboratorial	40,00	40,00
	Total:	-	100,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Estudo autonomo	Estudo autónomo	50
Participação nas aulas	Frequência das aulas	56
Trabalho laboratorial 1	Trabalho laboratorial	8
Trabalho laboratorial 2	Trabalho laboratorial	8
Trabalho laboratorial 3	Trabalho laboratorial	40
	Total:	162,00

Obtenção de frequência

Para além das condições estabelecidas nas normas gerais de avaliação, é necessária a obtenção de uma classificação mínima de 6 valores (num total de 12 valores) na componente de avaliação prática.

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final (CF) da disciplina atribuirá 40% de peso ao exame final e 60% à classificação obtida nos trabalhos laboratoriais, sendo calculada segundo a seguinte fórmula: CF= 0,1*TP1 + 0,1*TP2 + 0,4*TP3 + 0,4*Ex onde: TPi: nota do trabalho prático i (i=1..3) Ex: nota do exame Para obter aprovação é necessário que, para além de obter uma classificação final mínima de 10 valores, atingir uma classificação mínima de 4 valores (em 8 valores ou 50%) no exame final e de 6 valores (em 12 valores, ou 50%) no conjunto dos 3 trabalhos práticos.

Provas e trabalhos especiais

As provas especiais realizadas fora das épocas normais de avaliação consistirão num exame e num trabalho prático, com os mesmos pesos referidos na secção Avaliação. Os alunos com estatuto especial que tenham já obtido uma classificação prática superior ao mínimo estabelecido (6 valores em 12) em edições anteriores da disciplina poderão, se o desejarem, ser dispensados da realização da prova prática.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os alunos com estatuto que os dispense da frequência das aulas práticas, realizarão uma prova complementar de avaliação prática à qual será atribuída uma valorização igual à estabelecida para o conjunto dos trabalhos práticos (12 valores em 20).

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação poderá ser realizada separadamente para a componente prática (trabalhos laboratoriais) e teórica (exame), no ano lectivo seguinte.

Observações

A língua de ensino preferencial é o Português. No entanto, caso existam alunos estrangeiros que não compreendam Português, poderá ser leccionada uma turma em Inglês.