Ανάπτυξη εργαστηριακού εκπαιδευτικού υλικού Ενσωματωμένων Συστημάτων με χρήση του επεξεργαστή Nios II

Abstract

Οι έξυπνες συσκευές, ή αλλιώς ενσωματωμένα συστήματα, είναι πανταχού παρούσες και ο σχεδιασμός αυτών των ενσωματωμένων συστημάτων απαιτεί μια πολυεπιστημονική προσέγγιση. Είναι σημαντικό λοιπόν, οι φοιτητές της επιστήμης των υπολογιστών να μάθουν για αυτές τις διαφορετικές πτυχές του σχεδιασμού των ενσωματωμένων συστημάτων. Η διδασκαλία μόνο των θεωρητικών εννοιών στους φοιτητές όμως δεν αρκεί. Πρακτικά, εργαστηριακά μαθήματα είναι απαραίτητα για να αποκτηθούν όλες οι απαραίτητες δεξιότητες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται μία προσέγγιση αυτών των εργαστηριακών μαθημάτων, στόχος της οποίας είναι να δημιουργήσει σχετικά μικρά προβλήματα, καθένα από τα οποία να επικεντρώνεται σε μία ενιαία πτυχή σχεδιασμού ενός ενσωματωμένου συστήματος. Η παρούσα διπλωματική εργασία μπορεί να χαρακτηριστεί και ως μία επισκόπηση του τρόπου σχεδίασης των ενσωματωμένων συστημάτων, με κύρια εστίαση στις βασικές έννοιες αυτών, προετοιμάζοντας τον φοιτητή μέσα από τέσσερις εργαστηριακές ασκήσεις, για μια πιο λεπτομερή παρακολούθηση των μαθημάτων της αντίστοιχης θεωρίας. Η εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη: το θεωρητικό και το εργαστηριακό-πρακτικό. Το θεωρητικό μέρος προκύπτει από τη μελέτη της βιβλιογραφίας και των ηλεκτρονικών πηγών, και στοχεύει στην απόκτηση του απαραίτητου θεωρητικού υπόβαθρου των προγραμματιζόμενων ψηφιακών κυκλωμάτων, καθώς επίσης και του λογισμικού Quartus Prime, που αποτελεί το βασικό εργαλείο σχεδίασης και σύνθεσης ψηφιακών κυκλωμάτων, όταν αυτά πρόκειται να τοποθετηθούν σε προγραμματιζόμενα ολοκληρωμένα (FPGA) της εταιρίας Intel.

Στο εργαστηριακό-πρακτικό μέρος παρουσιάζεται μια σειρά εφαρμογών με την αναπτυξιακή πλατφόρμα DE2-115 της εταιρίας Terasic, το οποίο βασίζεται στο προγραμματιζόμενο ολοκληρωμένο (FPGA) Cyclone IV της Intel, με αναφορά στις κυριότερες συσκευές που περιλαμβάνει. Όλοι οι σχεδιασμοί υλοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό Quartus Prime v18.1 της Intel.