Ενσωματωμένα Συστήματα Υπολογιστών στη Βιοϊατρική (6ΕΠ08)
Διδάσκων : Αθανάσιος Κακαρούντας
ΕίδοςΕπιλογής (υποχρεωτικό)
Εξάμηνο6
ΠερίοδοςΕΕ
ECTS5
Ώρες Θεωρίας2
Ώρες Εργαστηρίου2
Περιγραφή
Εισαγωγικά θέματα: Εφαρμογές ενσωματωμένων συστημάτων. Τεχνολογικός χώρος σχεδίασης και διεπιστημονικότητα. Σχεδιαστικά επίπεδα αφαίρεσης (abstraction levels) και ροές σχεδίασης (design flows). Προδιαγραφές και απαιτήσεις συστήματος. Υποσυστήματα: Μικροεπεξεργαστές. Μικροελεγκτές. Πρωτόκολλα Επικοινωνίας. Μνήμες. Αισθητήρες. Διεπαφές και διασύνδεση περιφερειακών. Εργαλεία σχεδίασης: Ανάπτυξη κώδικα περιγραφής σε Γλώσσα Περιγραφής Υλικού (HDL) και/ή Περιγραφής Συστήματος (SDL). Ιεραρχική μοντελοποίηση. Εργαλεία CAD και η χρήση τους. Σχεδίαση συστημάτων με εργαλεία CAD. Επίλυση προβλημάτων με εργαλεία CAD. Προσομοίωση με χρήση λογισμικού προσομοίωσης. Σχεδίαση Συστήματος: Μεθοδολογία ανάπτυξης συστημάτων, milestones. Μέθοδοι συσχεδίασης υλικού - λογισμικού, μοντελοποίηση συστήματος. Aποσύνθεση και κατάτμηση συστημάτων. Σχεδίαση υλικού: Τεχνολογία PAL/GAL/FPGA. Χρήση SRAM σε σχεδίαση. Μέθοδος one - hot. Υπολογισμός κρίσιμου μονοπατιού. Καθυστερήσεις εντός και εκτός κυκλώματος για κυκλώματα υψηλής ολοκλήρωσης. Μοντέλα μετάδοσης σήματος. Προσομοίωση (simulation). Σχεδίαση με περιορισμό λογικής πολυπλοκότητας, ή περιορισμένο αριθμό ακροδεκτών. Σχεδίαση λογισμικού: Μικροελεγκτές. Χαρτογράφηση μνήμης. Επικοινωνία με περιφερειακά. Μέθοδος δειγματοληψίας και μέθοδος διακοπών για υλοποίηση συστημάτων πραγματικού χρόνου. Ανάπτυξη λογισμικού οδηγών (driver) υλικού. Μέθοδοι αλλαγής προγράμματος ενσωματωμένων συστημάτων. Ταχεία ανάπτυξη συστημάτων. Αξιολόγηση: Δοκιμή, πιστοποίηση και ποιοτικός έλεγχος. Διεθνή πρότυπα. Εφαρμογές Βιοϊατρικής: Σύνδεση αισθητήρων. Μετατροπή σήματος Ψηφιακό-σε-Αναλογικό και Αναλογικό-σε-Ψηφιακό. Προ-επεξεργασία σήματος. Ενίσχυση σήματος. Επικοινωνία με τον επεξεργαστή. Ανάπτυξη κυκλωμάτων και συστημάτων για την Βιοϊατρική και αλγορίθμους βιοϊατρικής. Περιπτώσεις μελέτης. Ειδικά θέματα σχεδίασης: Σχεδίαση για επιβεβαίωση λειτουργίας. Μέθοδοι εξεύρεσης λαθών (debugging) για μεγάλα, σύνθετα, ή γρήγορα συστήματα. Υπολογισμοί στατικής και δυναμικής ισχύος, μέθοδοι ψύξης. Μέθοδοι εξοικονόμησης ισχύος για αυτόνομα συστήματα. Σχεδίαση με περιορισμούς. Περιορισμοί σε εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Τεχνολογίες για υπολογισμό, αποθήκευση, Ι/Ο, επικοινωνία. Αρτηρίες δεδομένων και ελέγχου. Διαχείριση πολυπλοκότητας. Φαινόμενα προερχόμενα από την αλλαγή κλίμακας. Συστήματα προτυποποίησης και τεχνολογία ανοικτού υλικού.
Μαθησιακοί Στόχοι
  • Κατανόηση των εφαρμογών ενσωματωμένων συστημάτων.
  • Εξοικείωση με τις τεχνολογίες για τα ενσωματωμένα συστήματα.
  • Εξοικείωση με τα βασικά εργαλεία προσομοίωσης ανάπτυξης ενσωματωμένων συστημάτων.
  • Εξοικείωση με σχεδιαστικές ροές και μεθοδολογίες.
  • Εξοικείωση με τις γλώσσες περιγραφής υλικού.
  • Εξοικείωση με την ανάπτυξη λογισμικού για ενσωματωμένα συστήματα.
  • Κατανόηση της σχεδίασης με περιορισμούς.
  • Εξοικείωση με τη σχεδίαση ενσωματωμένων συστημάτων για εφαρμογές βιοϊατρικής.
  • Εξοικείωση στο σχεδιασμό περιφερειακών ειδικού σκοπού για τη βιοϊατρική.
  • Εξοικείωση με την αξιολόγηση ενός ενσωματωμένου συστήματος.
  • Κατανόηση της μεθόδου σχεδίασης με σεβασμό στα διεθνή πρότυπα.
Συγγράμματα/Βιβλιογραφία
  • Κ. Καλοβρέκτης, “Βασικές Δομές Ενσωματωμένων Συστημάτων”, Εκδόσεις Μαρκέλλα Ι. Βαρβαρήγου, έκδοση 1η/2012, ΑΘΗΝΑ, Εύδοξος:         22767325
  • Μ. Δασυγένης, Δ. Σούντρης, “Ενσωματωμένα Συστήματα”, "Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράμματα και Βοηθήματα, Αποθετήριο “Κάλλιπος”, 2016, ΑΘΗΝΑ, Εύδοξος: 320162
  • Δ. Πογαρίδης, “Ενσωματωμένα Συστήματα, οι μικροελεγκτές AVR και Arduino”, εκδόσεις Μούργκος Ιωάννης, έκδοση 2η/2015, ΑΘΗΝΑ, Εύδοξος: 50661496
  • Gadre Dhananjay, “Προγραμματίζοντας τον Μικροελεγκτή AVR”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., έκδοση 1η /2001, ΘΕΣ/ΝΙΚΗ, Εύδοξος: 18548914
  • W. Wolf, “Οι Υπολογιστές ως Συστατικά Στοιχεία, Αρχές Σχεδίασης Ενσωματωμένων Υπολογιστικών Συστημάτων”, Εκδόσεις ΝΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΜΟΝ. ΕΠΕ, έκδοση 1η/2008, ΑΘΗΝΑ, Εύδοξος: 3409
Τρόπος Εξέτασης
Τελική εξέταση θεωρίας 70% Βαθμός Εργαστηρίου 30%