Corso sui Sistemi Embedded

Lezione 1 • Panoramica della Toolchain di Sviluppo

Introduce cross-compilatori, linker, debugger e programmatori flash. Gli studenti configurano una toolchain di base per compilare ed eseguire il loro primo programma.

Lezione 2 • Componenti Hardware Fondamentali

Esamina microcontrollori, processori, tipi di memoria e periferiche. Fornisce il vocabolario hardware necessario per tutti i capitoli successivi.

Lezione 3 • Vincoli e Compromessi dei Sistemi Embedded

Analizza i vincoli di potenza, memoria, latenza e costo che plasmano le decisioni di progettazione. Inquadra i compromessi ingegneristici rivisitati durante il corso.

Lezione 4 • Definire i Sistemi Embedded

Contrappone i sistemi embedded al calcolo desktop utilizzando esempi del mondo reale. Ancora il capitolo stabilendo l'ambito e la filosofia di progettazione.

Lezione 1 • Macchine a Stati e Flusso di Controllo

Implementa macchine a stati finiti usando enum e istruzioni switch per firmware guidato da eventi. Fornisce un'alternativa scalabile ai condizionali annidati.

Lezione 2 • Qualificatori Volatile, Const e Restrict

Spiega le interazioni dell'ottimizzazione del compilatore con le variabili mappate in hardware. Gli studenti applicano correttamente i qualificatori per prevenire sottili bug di concorrenza e ottimizzazione.

Lezione 3 • Puntatori e Gestione della Memoria

Copre l'aritmetica dei puntatori, i puntatori a funzione e le strategie di allocazione statica della memoria. Evita le insidie dell'allocazione dinamica nel firmware safety-critical.

Lezione 4 • Tipi a Larghezza Fissa e Manipolazione dei Bit

Utilizza i tipi stdint.h e gli operatori bit a bit per scrivere codice portabile a livello di registro. Elimina l'ambiguità della dimensione dei tipi comune nei bug embedded.

Lezione 1 • Interrupt e Gestione delle Eccezioni

Copre i vettori di interrupt, i livelli di priorità e le regole di progettazione delle ISR. Gli studenti sostituiscono i cicli di polling con I/O guidato da interrupt per l'efficienza.

Lezione 2 • Elementi Essenziali dell'Architettura della CPU

Copre gli stadi della pipeline, i set di istruzioni e i file dei registri dei core embedded comuni. Collega la conoscenza dell'architettura alla scrittura di codice efficiente a basso livello.

Lezione 3 • Architettura e Mappatura della Memoria

Spiega l'I/O mappato in memoria, gli spazi di indirizzamento e l'allocazione stack vs. heap. Prepara gli studenti a leggere i datasheet e scrivere codice corretto per l'accesso alle periferiche.

Lezione 4 • Interfacce Analogiche: ADC e DAC

Spiega campionamento ADC, risoluzione, tensioni di riferimento e uscita DAC. Gli studenti leggono tensioni da sensori e generano segnali analogici sotto controllo software.

Lezione 5 • GPIO e Controllo I/O Digitale

Insegna la configurazione GPIO a livello di registro per input, output e funzioni alternative. Gli studenti implementano esercizi di controllo LED e antirimbalzo dei pulsanti.

Lezione 1 • Comunicazione Seriale UART

Configura baud rate, framing e controllo di flusso per collegamenti UART. Gli studenti implementano un'interfaccia a riga di comando su un terminale seriale.

Lezione 2 • Selezione e Debug dei Protocolli

Guida la scelta del protocollo in base a velocità, distanza, numero di nodi e costo. Gli studenti usano analizzatori logici e oscilloscopi per decodificare e debuggare il traffico del bus.

Lezione 3 • Fondamenti del Bus CAN

Introduce la struttura del frame CAN, l'arbitrato, il rilevamento degli errori e la topologia del bus. Prepara gli studenti al lavoro con protocolli automotive e industriali.

Lezione 4 • Protocollo Bus I2C

Spiega l'indirizzamento I2C, ACK/NACK, clock stretching e arbitrato multi-master. Gli studenti leggono dati dai sensori su dispositivi I2C usando mappe di registro.

Lezione 1 • Creazione e Gestione dei Task

Crea, sospende, riprende ed elimina i task utilizzando le API RTOS. Gli studenti costruiscono un'applicazione multi-task con task indipendenti per sensore e display.

Lezione 2 • Concetti e Scheduling RTOS

Definisce task, scheduler, prelazione e cambio di contesto. Contrappone la progettazione basata su RTOS agli approcci bare-metal a super-loop.

Lezione 3 • Timer RTOS e Gestione dell'Energia

Configura i timer software e le modalità tickless idle per ridurre il consumo energetico. Integra la temporizzazione RTOS con gli stati di basso consumo hardware.

Lezione 4 • Comunicazione Inter-Task

Usa code, mailbox e flag di evento per passare dati tra i task in modo sicuro. Elimina la condivisione di variabili globali che causa race condition.

Lezione 1 • Ottimizzazione dell'Energia delle Periferiche

Abilita e disabilita le periferiche su richiesta per eliminare la corrente di riposo. Applica il duty-cycling a sensori, radio e display.

Lezione 2 • Modalità di Sleep e Basso Consumo

Configura le modalità sleep, deep sleep e standby con sorgenti di risveglio appropriate. Gli studenti misurano il risparmio energetico a ogni transizione di modalità.

Lezione 3 • Scaling di Clock e Tensione

Riduce la potenza attiva abbassando dinamicamente la frequenza della CPU e la tensione di alimentazione. Gli studenti implementano politiche DVFS legate alla domanda del carico di lavoro.

Lezione 4 • Fondamenti del Consumo di Potenza

Scompone le componenti di potenza dinamica, statica e periferica. Stabilisce una baseline di misurazione prima di iniziare l'ottimizzazione.

Lezione 1 • Panorama delle Minacce Embedded

Cataloga i vettori di attacco fisici, firmware e di rete che prendono di mira i dispositivi embedded. Motiva l'investimento in sicurezza con casi studio reali di violazione.

Lezione 2 • Canali di Comunicazione Sicuri

Configura TLS e DTLS su stack embedded per collegamenti autenticati e crittografati. Gestisce certificati e chiavi di sessione entro i vincoli di memoria.

Lezione 3 • Secure Boot e Integrità del Firmware

Implementa una catena di fiducia dal bootloader ROM fino al firmware applicativo. Gli studenti firmano le immagini firmware e verificano le firme all'avvio.

Lezione 4 • Aggiornamento Firmware Sicuro (OTA)

Progetta una pipeline di aggiornamento over-the-air a prova di guasto con protezione di rollback. Gli studenti implementano uno schema di aggiornamento flash dual-bank con controlli di firma.

Lezione 1 • Tecniche e Strumenti di Debug

Usa debugger JTAG/SWD, buffer di traccia e logging in stile printf per isolare i guasti. Costruisce capacità sistematiche di individuazione dei guasti applicabili a qualsiasi piattaforma embedded.

Lezione 2 • Strategie di Deployment e Aggiornamento sul Campo

Pianifica la programmazione flash in produzione, la diagnostica sul campo e il rollout degli aggiornamenti OTA per i dispositivi distribuiti. Affronta la gestione della flotta e il tracciamento delle versioni su scala.

Lezione 3 • Analisi Statica e Qualità del Codice

Esegue analizzatori statici e applica standard di codifica per prevenire difetti prima del runtime. Integra i quality gate nella pipeline di build.

Lezione 4 • Testing Hardware-in-the-Loop

Collega hardware reale a script di test automatizzati per convalidare il comportamento di temporizzazione e delle periferiche. Cattura bug di integrazione che gli unit test non possono rilevare.