Μαθήματα

Στα πλαίσια του συγκεκριμένου μαθήματος οι φοιτητές θα διδαχθούν τις βασικές αρχές που διέπουν το σχεδιασμό συστημάτων υλικού/λογισμικού και θα κατανοήσουν τις δυσκολίες και τις προκλήσεις που παρουσιάζει. Πιο συγκεκριμένα θα διδαχθούν:

• Πως χειριζόμαστε τις αλλαγές που προκύπτουν κατά την ανάπτυξη προϊόντων μιας οικογένειας συστημάτων, όπως για παράδειγμα η απαίτηση για επιπλέον λειτουργικότητα και ποικιλία επιλογών, η απαίτηση για επιπλέον χρόνο ανάπτυξης για νέα, πιο σύνθετα συστήματα καθώς και πως διαχειριζόμαστε ετερογενείς σχεδιαστικές ομάδες, όπως μηχανικούς υλικού και μηχανικούς λογισμικού, που συμμετέχουν στην ανάπτυξη ενός προϊόντος

• Πως η εξέλιξη των τεχνολογιών επηρεάζει τη χρησιμοποιούμενη μεθοδολογία

• Νέες περιοχές εφαρμογών και συστημάτων και τις απαιτήσεις τους για εξειδικευμένα συστήματα υλικού/λογισμικού

• Πως μπορούμε να μειώσουμε το TTM (time-to-market) για πολύπλοκα συστήματα με εξειδικευμένες λειτουργίες, τα οποία συνήθως χρειάζονται περισσότερο χρόνο ανάπτυξης λόγω της πολυπλοκότητας τους.

• Πως μειώνουμε το κόστος ανάπτυξης του τελικού συστήματος χρησιμοποιώντας έτοιμα υποσυστήματα (IP components).

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές στις έννοιες μικροϋπολογιστών συστημάτων και επεξεργαστών. Στα πλαίσια αυτά θα παρουσιαστούν και αναλυθούν σε βάθος τα βασικά δομικά στοιχεία σύγχρονων μικροϋπολογιστικών συστημάτων, η αρχιτεκτονική αυτών καθώς και δυνατότητες διασύνδεσης τέτοιων συστημάτων ή διεπαφής με τον χρήστη. Παράλληλα θα γίνει εκπαίδευση στην χρήση αλλά και προγραμματισμό αντίστοιχων πλατφορμών.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, τηλεπικοινωνίες, τα δίκτυα, δίκτυα αισθητήρων, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.

Στα πλασία του μαθήματος οι σπουδαστές θα διδσχθούν τια βασικές αρχές για:

• Θεωρία υλοποίησης συστημάτων πραγματικού χρόνου

• Αρχιτεκτονικές και λειτουργικά συστήματα για χρονοκατανομή και εγγύηση απόδοσης σε χείριστη περίπτωση

• Τεχνικές ανάλυσης και δρομολόγησης

• Απαιτήσεις σε μεθοδολογίες και γλώσσες ανάλυσης

• Τεχνικές επιβεβαίωσης και επικύρωσης συστημάτων πραγματικού χρόνου

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές στις έννοιες του σχεδιασμού συστημάτων τη χρήση τυπικών γλωσσών σχεδίασης. Στα πλαίσια αυτά θα εισαχθούν οι βασικές έννοιες της γλώσσας SDL (Specification and Description Language), θα παρουσιαστούν λεπτομερώς τα δομικά στοιχεία που υποστηρίζει και θα αναλυθεί η χρήση τους για το σχεδιασμό συστημάτων διαφόρων κατηγοριών. Παράλληλα θα γίνει εκπαίδευση των φοιτητών στη χρήση εργαλείων και εφαρμογών που επιτρέπουν το σχεδιασμό συστημάτων με χρήση της γλώσσας SDL.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται ώστε να μπορούν να σχεδιάσουν σύνθετα συστήματα χρησιμοποιώντας τη γλώσσα SDL. Επιπλέον, θα έχουν τη δυνατότητα να δημιουργούν, να ελέγχουν και να διορθώνουν ιεραρχικά μοντέλα του συστήματος βασισμένα στην SDL και να παράγουν κώδικα για το υπό ανάπτυξη σύστημα.

Οι γνώσεις και οι δεξιότητες που θα αποκτηθούν θα αποτελέσουν τη βάση για μαθήματα μεγαλύτερων εξαμήνων όπως για παράδειγμα ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι.

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές στις βασικές έννοιες των ενσωματωμένων συστημάτων και στα πρακτικά θέματα σχεδιασμού τους. Στα πλαίσια αυτά θα παρουσιαστούν και αναλυθούν σε βάθος τα βασικά δομικά στοιχεία των σύγχρονων ενσωματωμένων συστημάτων και οι αρχιτεκτονικές στις οποίες βασίζονται. Παράλληλα θα γίνει εκπαίδευση στη χρήση αλλά και στον προγραμματισμό αναπτυξιακών πλακετών μέσω των οποίων οι φοιτητές θα έχουν την ευκαιρία να εστιάσουν σε πρακτικά θέματα σχεδίασης ενσωματωμένων συστημάτων.

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές σε προχωρημένες έννοιες παράλληλων επεξεργαστικών συστημάτων είτε με την μορφή παράλληλων συστημάτων είτε με την μορφή πολυπύρηνων επεξεργαστών εντός ολοκληρωμένου.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως ο παράλληλος προγραμματισμός, η αρχιτεκτονική υπολογιστών, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές σε προχωρημένες έννοιες επεξεργαστών ειδικού σκοπού, εφαρμογών και απαιτήσεων. Στα πλαίσια αυτά θα παρουσιαστούν συγκεκριμένες αρχιτεκτονικές, σχεδιάσεις και υλοποιήσεις οι οποίες στοχεύουν στην ικανοποίηση συγκεκριμένων αναγκών και διαφοροποιούνται από τους επεξεργαστές-αρχιτεκτονικές γενικού σκοπού.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, τηλεπικοινωνίες, τα δίκτυα, δίκτυα αισθητήρων, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να επεκτείνει τις γνώσεις που απέκτησαν οι φοιτητές στο μάθημα ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι και να εισάγει προχωρημένα θέματα που αφορούν στη σχεδίαση ενός ενσωματωμένου συστήματος.

Πιο συγκεκριμένα οι φοιτητές θα διδαχθούν τις σύγχρονες τεχνικές σχεδίασης ενσωματωμένων συστημάτων καθώς και τους τρόπους επικύρωσης και δοκιμής των τελικών συστημάτων τα οποία αποτελούνται τόσο από υλικό όσο και από λογισμικό. Παράλληλα θα αναλυθούν οι βασικές τεχνικές μεταγλώτισσης για ενσωματωμένα συστήματα καθώς και οι βελτιστοποιήσεις που εφαρμόζονται κατά την υλοποίηση τους. Επίσης, θα παρουσιαστούν αναλυτικά τα υπάρχοντα λειτουργικά συστήματα για ενσωματωμένα συστήματα καθώς και η χρήση επιταχυντών ως συστατικά μέρη των σύγχρονων ενσωματωμένων συστημάτων. Τέλος, θα εισαχθούν οι έννοιες δικτυακών ενσωματωμένων συστημάτων που αποτελούν τη βάση για το σχεδιασμό υλικού και εφαρμογών για τη νέα γενιά συστημάτων που ονομάζονται IoT (Internet of Things).

Βασικός στόχος του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές σε βασικές αρχές αρχιτεκτονικής δικτυακών συστημάτων. Στο πλαίσιο αυτό θα παρουσιαστούν συγκεκριμένες αρχιτεκτονικές μεταγωγέων πακέτων, γεφυρών, δρομολογητών, πυλών καθώς και αρχιτεκτονικές προηγμένων προσαρμοστών δικτύων.

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές θα αποκτήσουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες που απαιτούνται σε εξειδικευμένα αντικείμενα του Προγράμματος Σπουδών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων, οι τηλεπικοινωνίες, τα ενσωματωμένα συστήματα, κλπ.

Στα πλαίσια του μαθήματος, οι φοιτητές τα διδαχθούν:

• Μεθοδολογικές ανάγκες για: Τηλεπικοινωνίες, Αυτοκινητοβιομηχανία, Βιοπληροφορική, Επεξεργασία εικόνα και σήματος

• Cyberphysical συστήματα: Εισαγωγή στις μεθοδολογίες: Ανάλυση απαιτήσεων, Επαναληπτική ανάπτυξη, Αντικειμενοστρεφής μοντελοποίηση

• Εισαγωγή στις τυπικές μεθόδους:Σχεδιασμός προγράμματος με SystemC, Εργαλεία σύνθεσης υψηλού επιπέδου, Ποιότητα προγράμματος, Μοτίβα σχεδίασης για ενσωματωμένα συστήματα

• Σχεδιασμό βασισμένο σε αρχιτεκτονική:αρχιτεκτονικές απλού πυρήνα, Αρχιτεκτονικές πολλαπλού πυρήνα, Επαναδιαμορφούμενες αρχιτεκτονικές, πρότυπα αρχιτεκτονικών, Γλώσσες περιγραφής αρχιτεκτονικής

• Networks-on-Chip: Δρομολόγηση και επιμερισμός, αλγόριθμοι επιμερισμού, λειτουργική αξιολόγηση σχεδιαστικών επιλογών
• Πλαίσια αξιολόγησης: πως ελέγχουμε την ορθότητα των συστημάτων, Ανάπτυξη οδηγούμενη από έλεγχο, Πλαίσια ελέγχου

Στα πλαίσια του συγκεκριμένου μεταπτυχιακού μαθήματος οι φοιτητές θα διδαχθούν τις βασικές αρχές σχεδιασμού Ενσωματωμένων Συστημάτων. Οι βασικοί άξονες του μαθήματος Σχεδιασμός Ενσωματωμένων Συστημάτων αφορούν στα ακόλουθα:

• Εισαγωγή στις βασικές αρχές σχεδιασμού των ενσωματωμένων συστημάτων: Θα αναλυθούν οι έννοιες των System-on-Chip (SoC) και System-of-Systems (SoSs), καθώς και τα βασικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού ενσωματωμένων συστημάτων.

• Αρχιτεκτονικές Ενσωματωμένων Συστημάτων: Εισαγωγή στους επεξεργαστές CISC/RISC. Παραδείγματα και περιπτώσεις χρήσεις επεξεργαστών για ενσωματωμένα συστήματα όπως ARM, MIPS, ARC, Intel 8051.

• Προγραμματισμός Ενσωματωμένων Συστημάτων:Εισαγωγή στα προγραμματιστικά μοντέλα και στις τεχνικές προγραμματισμού με χρήση της γλώσσας Assembly. Θα εισαχθεί ο χειρισμός διακοπών και η αποσφαλμάτωση για ενσωματωμένους επεξεργαστές όπως ARM, Intel, Atmel.
• Παράλληλη επεξεργασία για ενσωματωμένα συστήματα: Θα παρουσιαστούν αναλυτικά οι βασικές αρχές της παράλληλης επεξεργασίας για επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων μέσω της περίπτωσης χρήσης σχεδιασμού ενός συστήματος επεξεργασίας εικόνας.

• Επαναδιατάξιμα ενσωματωμένα συστήματα (Reconfigurable embeddedsystems): Θα εισαχθεί η έννοια της επαναδιάταξης (reconfiguration) στα ενσωματωμένα συστήματα και θα παρουσιαστούν αναλυτικά επαναδιατάξιμες αρχιτεκτονικές (reconfigurablearchitectures) μεταξύ των οποίων και οι Xilinx/Altera FPGA architecture. Θα παρουσιαστεί αναλυτικά το Xilinx Embedded Development Kit (EDK) για το σχεδιασμό επαναδιατάξιμων ενσωματωμένων συστημάτων.

• Δομικά υποσυστήματα ενσωματωμένων συστημάτων:Θα παρουσιαστούν αναλυτικά τα βασικά δομικά στοιχεία ενσωματωμένων συστημάτων όπως caches, memory and network-on-chip (NoC) architectures. Επίσης θα εισαχθούν οι αρχές της μεταξύ τους διασύνδεσης και θα παρουσιαστούν πρωτόκολλα επικοινωνίας διαύλου όπως AMBA, APB, AHB και AXI, καθώς και αρχιτεκτονικές εισόδου/εξόδου όπως USB, PCI, firewire. Τέλος θα παρουσιαστούν πιο προηγμένα δομικά στοιχεία όπως επιταχυντές υλικού, επεξεργαστές βίντεο, ελεγκτές VGAκαι ενσωματωμένες κάρτες γραφικών.

• Λογισμικό, μεταγλωττιστές και λειτουργικά συστήματα για ενσωματωμένα συστήματα: Θα παρουσιαστούν αναλυτικά έννοιες του λογισμικού και υλισμικού (firmware) για ενσωματωμένα συστήματα. Θα αναλυθεί ο ρόλος του λογισμικού και των μεταγλωττιστών για τη μείωση του χρόνου εκτέλεσης και της κατανάλωσης ενέργειας.