Высокоуровневое и имитационное моделирование цифровых систем

Бакалавриат 2023/2024

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 1-3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Американов Александр Александрович, Камкин Александр Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 9

Контактные часы: 76

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Курс «Высокоуровневое и имитационное моделирование цифровых систем» базируется на материалах предшествующих дисциплин «Проектирование систем на кристалле», «Теория автоматов», «Сети и телекоммуникации», «Инструментальные средства и технологии программирования», «Информатика», НИС «Python в науке о данных». Курс позволит студентам приобрести теоретические и практические навыки по разработке, проектированию, моделированию, верификации и программированию цифровых систем (портативные системы, системы управления и контроля, видео-/аудио-системы и т.д.), а также обеспечит освоение новых САПР (таких, как: Intel FPGA Quartus Prime, ModelSim/QuestaSim) и языка программирования (проектирования цифровых систем) SystemVerilog с интерфейсом DPI. В рамках курса студенты также знакомятся с тем, как машинное обучение реализуется на аппаратном уровне. Курс расширяет знания, которые студенты получают в рамках дисциплин, связанных с проектированием программного обеспечения, а также программированием микропроцессоров/микроконтроллеров/одноплатных компьютеров (в том числе и для разработки систем машинного обучения); является одним из базовых для работы над ВКР и прохождения производственной практики на предприятиях с конструкторским уклоном.

Цель освоения дисциплины

Приобретение теоретических и практических навыков по разработке, проектированию и программированию цифровых систем (портативных систем, систем управления и контроля, видео-/аудио-систем и пр.). При этом акцент в данной дисциплине сделан на программную составляющую цифровых встраиваемых систем и разработку программного обеспечения для них.
Изучение особенностей языка программирования и верификации цифровых систем SystemVerilog и интерфейса DPI.
Изучение применения Искусственного интеллекта во встраиваемых системах. Освоение методов реализации искусственных нейронных сетей во встраиваемых системах.
Изучение использования современных библиотек OpenCV, OpenCL для проектирования встраиваемых систем. Методы моделирования цифровых систем с использованием данных библиотек.
Изучение использования различных аппаратных платформ (одноплатных компьютеров, ПЛИС и др.) и особенностей разработки ПО под них, в том числе и для методов искусственного интеллекта. Обучение методам моделирования, отладки и верификации программно-аппаратных систем на разных уровнях абстракции.
Изучение особенностей проектирования многопроцессорных систем и разработки ПО для них. Изучение сетей на кристалле и методов их высокоуровневого и HDL моделирования.
Изучение методов синтеза аппаратных описаний (HDL) цифровых систем из высокоуровневого описания.

Планируемые результаты обучения

Иметь навыки (приобрести опыт): работы в ОС реального времени для встраиваемых систем;
Иметь навыки (приобрести опыт): синтеза процессорных ядер MIPS, Nios II, ARM (HPS) и их программирования;
Знать методы программирования автоматизированных систем;
Знать особенности применения библиотек OpenCV, OpenCL для проектирования автоматизированных систем.
Знать подходы к описанию и верификации цифровых систем
Знать принципы проектирования многоядерных систем;
Иметь навыки (приобрести опыт): проектирования в специализированном программном обеспечении Intel Quartus Prime;
Иметь навыки (приобрести опыт): работы в среде моделирования ModelSim и проектирования/верификации цифровых систем на языке SystemVerilog совместно с высокоуровневыми языками с использованием интерфейса DPI.
Иметь навыки (приобрести опыт): разработки под чипы Intel FPGA и платформу OpenVINO, а также Raspberry PI.
Уметь o вести разработку программной части автоматизированной системы с применением современных методов Искусственного интеллекта, библиотек обработки медиа-данных и проектирования гетерогенных многоядерных вычислительных систем.

Содержание учебной дисциплины

Место дисциплины в образовательном треке студента и его будущей карьере
Особенности проектирования программного обеспечения для встраиваемых систем
Особенности реализации искусственных нейронных сетей на уровне аппаратуры. Моделирование работы искусственных нейронных сетей
Высокоуровневая программная верификация цифровых систем
Разработка ПО для одноплатных компьютеров. Моделирование работы программно-аппаратных комплексов
OpenCL и OpenCV для проектирования встраиваемых систем, в том числе с использованием компьютерного зрения
Выполнение домашнего задания
Разработка и программирование гетерогенных многоядерных систем. Высокоуровневое и HDL моделирование сетей на кристалле

Элементы контроля

Экзамен 1
Экзамен 2
Описание экзамена и список вопросов содержатся в методических указаниях
Домашняя работа
Описание требований к выполнению работы содержится в метод. указаниях.
Контроль на лекциях 1
Контроль на лекциях 2
Практические работы 1
Практические работы 2

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 2 модуль
0.16 * Контроль на лекциях 1 + 0.64 * Практические работы 1 + 0.2 * Экзамен 1
2023/2024 учебный год 3 модуль
0.16 * Домашняя работа + 0.16 * Контроль на лекциях 2 + 0.48 * Практические работы 2 + 0.2 * Экзамен 2

Список литературы

Авторы

Романов Александр Юрьевич
Американов Александр Александрович
Лежнев Евгений Владимирович
Зунин Владимир Викторович

Программа дисциплины