77780 - SISTEMI EMBEDDED E INTERNET-OF-THINGS

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce gli elementi introduttivi circa i metodi e le tecnologie per la progettazione e sviluppo di sistemi embedded e di sistemi basati M2M/Internet of Things, ed in grado di svolgere progetti su tecnologie basate su microcontrollori e su sistemi operativi embedded/realtime. Più nel dettaglio lo studente possiede: la conoscenza dello spettro applicativo relativo ai sistemi embedded, includendo evoluzioni recenti quali Cyber-Physical Systems, M2M e Internet-of-Things (IoT); una conoscenza di base dell'harware dei sistemi embedded, dagli aspetti relativi all'elettronica di base alle schede basate su micro-controllori e SoC (System-on-a Chip); la conoscenza delle tecniche di programmazione di sistemi embedded, dei protocolli e tecniche di interfacciamento con sensori e attuatori, dei protocolli e dei modelli di comunicazione a supporto della visione IoT; la conoscenza delle principali problematiche relative alla costruzione di sistemi software embedded - in merito ad aspetti di concorrenza, reattività, real-time, gestione dell'I/O, distribuzione - e quindi dei metodi e meta-modelli di riferimento per la modellazione e progettazione di tali sistemi (macchine a stati finiti sincrone/asincrone, modelli a task, modelli ad attori); la conoscenza dell¡¯organizzazione e funzionamento di sistemi operativi embedded e real-time, degli aspetti di base relativi alla programmazione real-time, e dei middleware e piattaforme per lo sviluppo ad alto livello di sistemi embedded e articolati; la capacità di sviluppare progetti di base di sistemi embedded basati su microcontrollori e SoC utilizzando come tecnologie di riferimento per il settore.

Contenuti

Il corso concerne la progettazione e sviluppo di sistemi software per sistemi embedded, ovvero sistemi informatici/elettronici che interagiscono con il mondo fisico mediante sensori e attuatori, estendendone o definendone le funzionalità. Tra questi, il corso considera - in modo introduttivo - anche la programmazione di sistemi IoT (Internet of Things), considerando l’integrazione mediante la rete Internet e reti wireless a corto raggio di sistemi embedded con sistemi informatici lato server (web service) e applicazioni in esecuzione su dispositivi mobili (smartphone, tablet). Al termine del corso lo studente è in grado di sviluppare embedded software su tecnologie embedded quali microcontrollori, sistemi SoC (system-on-a-chip), integrati in rete con sistemi/applicazioni web e applicazioni mobile.

Contenuti nel dettaglio

- Introduzione ai sistemi embedded e Internet of Things (IoT)
-- caratteristiche, tipologie, architetture e tecnologie hardware, applicazioni di riferimento
-- introduzione agli aspetti elettronici di base, alla sensoristica e ai sistemi di attuazione

- Tecniche di programmazione di sistemi embedded
-- modelli a super-loop
-- modelli a macchine a stati finiti sincrone e asincrone
-- modelli a task e ad eventi
-- supporti e tecniche basate su Sistemi Operativi Embedded e Real-Time

- Reti di sistemi embedded e sistemi IoT (introduzione)
-- modelli, architetture, protocolli di comunicazione per reti di dispositivi
-- modelli a scambio di messaggi asincrono
-- Framework IoT e piattaforme/middleware di supporto

- Cenni su temi avanzati
-- Web of Things (WoT)
-- Digital Twins
-- From IoT to Augmente/Mixed Reality and Back: Mirror/Augmented Worlds

In laboratorio:

- Arduino UNO come piattaforma a micro-controllore
-- introduzione al linguaggio C++ e framework Wiring, utilizzato per implementare i programmi su Arduino
- ESP32 come piattaforma SoC e FreeRTOS come sistema operativo real-time

Testi/Bibliografia

- An Embedded Software Primer (David E. Simon) - Addison Wesley
- Programming Embedded Systems: An Introduction to Time-Oriented Programming (Vahid, Givargis, Miller)
- Patterns of Time Triggered Embedded Systems (M. Pont) - Addison Wesley
- Exploring Arduino: Tools and Techniques for Engineering Wizardry. J. Blum. Wiley
- Design Patterns for Embedded Systems in C (B.P. Douglas) - Elsevier
- The Internet of Things (S. Greengard) - MIT Press
- Learning Internet of Things (P. Waher) - Packt
- Building Internet of Things with The Arduino (C. Doukas)
- Designing the Internet of Things (McEwen & Cassimally) - Wiley

Metodi didattici

I vari argomenti del programma sono trattati integrando in modo continuo la presentazione e discussione in aula degli aspetti concettuali e teorici e lo sviluppo concreto di esempi e sistemi in laboratorio. Per quest'ultima si promuove il lavoro di gruppo, con la possibilità di svolgere consegne svolte man mano durante il corso.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli XXX di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene mediante un colloquio in cui si discutono le consegne svolte durante l'anno o, in alternativa, un progetto concordato con il docente e svolto prima del colloquio.

La discussione parte dalle soluzioni concrete adottate nei sistemi sviluppati per poi entrare nel merito delle parti più concettuali e teoriche viste nel corso.

Strumenti a supporto della didattica

Durante le lezioni verranno proiettati lucidi, disponibili sul sito ufficiale del corso. A supporto delle attività pratiche, verrà utilizzato il laboratorio di informatica ove gli studenti troveranno gli strumenti necessari per svolgere le esercitazioni - a partire da kit con Arduino e ESP.

Link ad altre eventuali informazioni

https://virtuale.unibo.it/course/view.php?id=48303

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Ricci