EMBEDDED SYSTEMS

Première partie : Vision globale du monde de la microélectronique (2h - Cours magistral)

• Introduction à la microélectronique

• • Principes de base et rôle dans l’industrie électronique.
  • Évolution historique et avancées technologiques.

• Présentation des matériaux et composants clés

• • Wafer : fabrication et rôle dans la conception des circuits.
  • Masques et boîtiers : processus de fabrication et impact sur les performances.
  • Types de circuits intégrés : analogiques, numériques, mixtes (exemples et applications).

• Présentation des structures et contraintes de base du VHDL
• Présentation du projet

Deuxième partie : Introduction et approfondissement du langage VHDL (TP – 3 sessions de 4h)

TP1 – Introduction aux structures de base (4h)

• Compréhension et modélisation de composants clés (RAM, ROM, DSP…).
• Utilisation des structures génériques (génériques, constantes, bus complexes).

TP2 – Simulation et implémentation (4h)

• Création et validation d’un Testbench.
• Simulation et debugging des circuits numériques.
• Introduction aux notions de timing (Setup/Hold) et contraintes associées.

TP3 – Synthèse et optimisation (4h)

• Processus de synthèse et routage sur FPGA/ASIC.
• Analyse des performances et stratégies d’optimisation.
• Tradeoff puissance/performance/cible : découpage, parallélisation, mutualisation des ressources.

Troisième partie : Notion de timing, métastabilité et asynchronisme ( 2h - Cours magistral; TP – 1sessions de 4h)

TP4 – Timing, métastabilité et asynchronisme (4h)

• Les contraintes de flux de données et les asynchronismes
• Les notions de violations de timing et métastabilité
• Les techniques pour gérer les asynchronismes

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L’enseignement de System-On-Chip se compose de 2 CM et d’une dizaine de séances de projet.

Les CMs décrivent de façon précise ce qu’est un System-On-Chip, quels en sont les avantages technologiques et économiques, les limites et les enjeux, et pourquoi ces circuits constituent un marché en pleine expansion. En particulier sont détaillées les notions de reuse, d’IP et de co-développement matériel/logiciel.

Les séances de projet mettent en pratique ces dernières notions, par la conception, dans l’environnement de développement Xilinx Vivado, sur carte de développement Zynq, d’un dispositif d’effet audio. Durant les première séances, les étudiants développent la configuration matérielle du Zynq et programment le microcontrôleur en langage C afin de piloter succinctement un Codec audio. Ensuite, ils développent et ajoutent, à cette configuration de base, des effets audio de leur choix, en C ou en VHDL.

L’évaluation comporte deux parties : une démonstration en séance du circuit et des effets développés, et un rapport, en anglais, sur le modèle d’une notice d’utilisation du dispositif 

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• Dans ce cours, l’étudiant entre dans la peau d’un ingénieur en mission pour pour Thales Alenia Space, chargé de développer et implanter sur FPGA un analyseur de spectre. Il doit notamment remplir les tâches suivantes :
  • Analyse d’architecture de systèmes de traitement du signal
  • Création d’une IP par synthèse haut niveau en C++ (HLS)
  • Codage et synthèse de l’architecture et de l’IP en VHDL
  • Vérification
  • Implantation sur FPGA
  • Test sur carte

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