Projeto de Sistemas Digitais

Código:

EEC0055

Sigla:

PSDI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Electrónica e Sistemas Digitais

Ocorrência: 2020/2021 - 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	47	Plano de estudos oficial	4	-	6	56	162
MI:EF	0	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	4	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

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 na 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, tendo o suporte de atividade prática laboratorial desenvolvida em torno de projetos implementados em 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 HDL), nas perspectivas de simulação/verificação e de síntese automática de modelos ao nível RTL.

- Planear o processo de verificação para um sistema digital tendo por base ferramentas de simulação lógica e desenvolver plataformas de verificação elementares (“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, incluindo os aspectos relacionais com a geração, distribuição e sincronização 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 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.

- 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) para a 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 digital orientado para baixo consumo de energia, aos níveis lógico, RTL e arquitectural. 

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

QuestaSim 10.4
Xilinx ISE 14.6

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

Designação	Peso (%)
Exame	50,00
Participação presencial	0,00
Trabalho laboratorial	50,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	50,00
Frequência das aulas	56,00
Trabalho laboratorial	56,00
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 40% na componente de avaliação prática (trabalhos laboratoriais)

Fórmula de cálculo da classificação final

A classificação final (CF) da disciplina atribuirá 50% de peso ao exame final e 50% à classificação obtida nos trabalhos laboratoriais, sendo calculada segundo a seguinte fórmula: CF= 0,1*TP1 + 0,05*TP2 + 0,35*TP3 + 0,5*Ex onde:
TPi: nota do trabalho prático i (i=1..3)
Ex: nota do exame final
Para obter aprovação é necessário que, para além de obter uma classificação final mínima de 10 valores, seja atingida uma classificação mínima de 40% no exame final e de 40% 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 (40%) na edição anterior da unidade curricular poderão, se o desejarem, ser dispensados da realização da prova prática.

Trabalho de estágio/projeto

Nenhum.

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 (10 valores em 20).

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação poderá ser realizada separadamente para a componente prática (trabalhos laboratoriais) e teórica (exame). A melhoria de classificação da componente prática poderá ser feita 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.

Os estudantes que tenham frequentado a unidade curricular no ano letivo anterior (2018/2019) poderão, se o desejarem, manter a classificação da componente prática obtida nesse ano e realizar no presente ano letivo apenas o exame final.