RICERCA ITALIANA     

Architetture e Metodologie di Progetto per Controllori Embedded, Interconnessioni Wireless ed Implementazione su Singolo Chip.

Università degli Studi de L'Aquila

Abstract

Il centro di eccellenza si propone di investigare metodologie per la progettazione ed architetture per sistemi elettronici embedded. Sistemi di questo tipo saranno sempre piu' comuni e costituiranno il mercato piu' vasto per i componenti elettronici. Non solo, essi saranno la chiave per rendere sempre piu' efficienti e sicuri tutti i dispositivi di cui ci serviamo nella vita quotidiana. In particolare, dal momento che questi dispositivi dovranno controllare il funzionamento di sistemi complessi, dovranno essere sviluppate nuove teorie di controllo automatico che privilegino aspetti di sicurezza e di liberta' da errori di progetto ed implementazione. Questi dispositivi saranno di piccole dimensioni e spesso saranno mobili in quanto "embedded" in sistemi di trasporto (controllo motore, informazione e navigazione in autovetture) o in sistemi "personali" che verranno "indossati". Per questo motivo, l'interazione con le infrastrutture di rete dovra' a fortiori essere tramite collegamenti wireless a bassa consumo di energia. Dato lo sviluppo vertiginoso delle tecnologie dei circuiti integrati e la pressione per sviluppare prodotti con cicli di progetto sempre piu' corti, sara' necessario utilizzare tecniche di progetto che siano in grado d'immettere nei prodotti i frutti dell'avanzamento tecnologico in modo semi-immediato. Inoltre, per poter riutilizzare almeno in parte progetti gia' fatti, sara' necessario l'uso del software per realizzare funzionalita' di cui dotare i dispositivi. In quest'ottica, il software embedded dovra' essere sviluppato con tecniche rigorose che possano garantire almeno in parte la correttezza del prodotto e che possano dimostrare l'efficacia di una soluzione che favorisca il software nei riguardi dell'hardware.



In questa proposta, ci siamo sforzati di raccogliere le competenze necessarie per affrontare la problematica del progetto di sistemi embedded. Il gruppo proponente e' multi-disciplinare per scelta. L'organizzazione della ricerca per temi permettera' uno scambio di idee ed esperienze essenziale per il raggiungimento degli obiettivi che si desidera conseguire. Ci si e' proposti fin dall'inizio di coinvolgere nelle attivita' del centro industrie nazionali e multi-nazionali che garantiscano una buona aderenza dei temi trattati alla realta' industriale del Paese. Il nostro gruppo ha ottimi legami con centri di ricerca italiani ed esteri (in particolare con la University of California at Berkeley) che ci saranno di aiuto nell'individuare problemi e soluzioni al di la' della consistenza numerica e delle risorse disponibili. Inoltre, ci si propone di trasferire le conoscenze ottenute durante lo svolgimento della ricerca nei corsi di laurea che aumenteranno le loro caratteristiche multi-disciplinari e che potranno preparare le nuove leve necessarie per mantenere la competitivita' a livello internazionale. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Maria Domenica DI BENEDETTO Università degli Studi de L'AQUILA

Relazioni Internazionali

Le relazioni con altri gruppi di ricerca e di sviluppo sono state gia' ampiamente citate: ricordiamo le relazioni privilegiate con la University of California at Berkeley, nel settore dei sistemi ibridi del controllo non lineare, dei sistemi embedded, delle metodologie di sviluppo software per sistemi embedded, per i sistemi wireless a bassa potenza, per i sensori e gli attuatori integrati. In particolare, l'accordo trilaterale gia' citato tra l'Universita' dell'Aquila, la University of California Berkeley e l'Universita' di Roma "La Sapienza" prevede lo scambio di ricercatori e studenti nei settori di interesse di questa proposta. Il centro di eccellenza dell'Aquila ha cosi' tutti i requisiti necessari per rimanere pienamente in contatto con gli sviluppi delle tecnologie interessate a livello internazionale.



Nel settore produttivo, citiamo:



1. La nostra pluriennale esperienza con la Magneti-Marelli controllo motore sostenuta dal progettto MADESS e dalla convenzione di ricerca tra Magneti-Marelli e Universita' de L'Aquila. Il nostro lavoro in comune ha portato allo sviluppo di nuovi algoritmi per il controllo motore e al supporto del lavoro di tesi di diversi studenti e di tre dottorandi di ricerca. Il nostro rapporto da' una prospettiva importante al centro di eccellenza in termini di accesso a problemi avanzati di controllo embedded che abbiano impatto misurabile sul mondo industriale.



2. Notevoli e molteplici contatti con la piu' grossa realta' di tecnologie avanzate in Italia: la ST Microelectronics. In particolare:

*Lavoro in comune con la Magneti-Marelli e il Gruppo Europeo di Interesse Economico PARADES che ha portato allo sviluppo di nuove architetture per controllori immmersi integrati.

*Caratterizzazione proprieta' materiali semiconduttori di nuova generazione mediante microscopia a microonde (finanziata dal progetto MADESS).

* Caratterizzazione dei dispositivi sia bipolari (ST Catania) sia LDMOS (ST Castelletto).

* Progettazione degli amplificatori ad alta efficienza e alta linearita'

per applicazioni wireless, da telefonini a reti locali.



3. Con Ericsson, l'attivita' sulla progettazione di circuiti integrati analogici a basso consumo.



4. Con l'IRIS, lo sviluppo di algoritmi per sintesi vocale mediante DSP (finanziato nel progetto MADESS per tre anni).



5. Con la Merloni, lo sviluppo di metodologie di progetto fuzzy logic per elettrodomestici (finanziato nel progetto MADESS per tre anni).



6. Con la Micron, lo studio di architetture per memorie flash.



7. Con l'IBM T.J. Watson Res. Center, lo sviluppo di codici PEEC (Partial Element Equivalent Circuits) per studi di compatibilita' elettromagnetica.



8. Con la Cadence Design Systems, Inc. Stati Uniti, l'interazione tramite il PARADES. La Cadence, la piu' grande industria del mondo nel settore degli strumenti di progetto di sistemi elettronici, ci aiuta ad avere strumenti di sviluppo per sistemi elettronici avanzati.



Le relazioni sopra citate sono cosi' ben stabilite che riteniamo di poter motivare e coinvolgere i nostri partners fin dall'inizio della creazione del centro.



Citiamo inoltre la nostra attivita' di ricerca



1. Con la University of Michigan, Ann Arbor, e con l'Universita' di Roma "La Sapienza" per il controllo non lineare.



2. Con il Politecnico di Torino, la Scuola di Sant'Anna e l'Universita' di Udine per i temi relativi alla progettazione delle architetture e del software per controllori embedded, attraverso il progetto MADESS.



3. Con Chalmers University of Technology e l'Universita' di Roma "Tor Vergata", per la rivelazione di radiazione millimetrica mediante giunzioni tunnel S.I.S.



4. Con la Scuola Superiore Sant'Anna, per il Dottorato in microsistemi.



5. Con l'Universita' di Glasgow, per i programmi di ricerca su Microsistemi e microonde.



6. Con le Universita' di Catania, Lecce, Roma "Tor Vergata", Padova per le ricerche su dispositivi a basso consumo di energia.



7. Con la University of Missouri-Rolla, per un accordo scientifico e culturale su base quinquennale rinnovabile per le attivita' volte allo studio dell'EMC. L'accordo prevede lo scambio di visitatori e di pubblicazioni, incoraggia workshops e riunioni di ricerca. <<<

Obiettivo del Programma di Ricerca

Dati i programmi di ricerca esposti nel paragrafo 2.1, i macro obiettivi del centro si possono cosi' riassumere:



* Formare un centro di competenza a livello internazionale per la progettazione di sistemi e dispositivi di nuova generazione.



* Sviluppare nuove tecnologie di progetto che consentano la progettazione in tempi brevi di sistemi eterogenei complessi basati su micro-controllori e dispositivi di comunicazione wireless, sensori ed attuatori integrati.



* Sviluppare le tecnologie oggetto delle attivita' di ricerca del centro assieme alle industrie italiane impegnate nella produzione di sistemi elettronici e dispositivi elettronici avanzati, quali la ST Microelectronics e la Magneti-Marelli, e a quelle che potrebbero beneficiare in modo indiretto delle metodologie sviluppate (ad esempio, Merloni). Trasferire tecnologie ad imprese medio-piccole coinvolgendole nelle attivita' del centro.



* Costituire un polo di riferimento italiano per la progettazione di sistemi elettronici complessi, basandosi su un accordo di ricerca comune in questo settore firmato quest'anno dai Rettori dell'Universita' dell'Aquila, della University of California at Berkeley e della Universita' di Roma "La Sapienza", e di cui il Proponente e' responsabile scientifico per l'Universita' dell'Aquila.



* Sviluppare un curriculum di studio interdisciplinare che si incentri sulle metodologie di progetto per sistemi integrati embedded.



* Formare un gruppo di studenti e giovani ricercatori che, partecipando attivamente alle ricerche del centro di eccellenza, possano inserirsi nel mondo dell'industria con idee innovative e che aumentino la competitivita' del tessuto industriale italiano soprattutto in un momento che vede lo sviluppo di nuovi strumenti e metodi di concezione e realizzazione prodotto accelerare in modo notevolissimo.



I ricercatori afferenti al centro di eccellenza saranno organizzati in gruppi corrispondenti ai sei temi principali di ricerca presentati nel paragrafo 2.1:



1. Algoritmi per il controllo di sistemi complessi descritti da modelli ibridi (Responsabile Prof. A. Germani).



2. Metodologie di progetto che privilegino la garanzia delle proprieta' dei sistemi (Responsabile Dr. Ing. E. Panizzi).



3. Metodi e strumenti per la progettazione di sistemi integrati contenenti componenti a radio frequenza, sensori, attuatori ed alimentatori (Responsabile Prof. G. Leuzzi).



4. Metodi, strumenti ed algoritmi per la progettazione di controllori dedicati, con particolare riferimento all'integrazione hardware/software ed alta velocita' di ingegnerizzazione (Responsabile Prof. F. Parasiliti).



5. Metodi e strumenti per la progettazione di sistemi elettronici con particolare riguardo verso non emissione di campi elettromagnetici elevati e resistenza all'inquinamento elettromagnetico. Sviluppo di metodi simulativi e sperimentali per l'identificazione e la verifica della suscettibilita' dell'apparato elettronico ai disturbi della qualita' dell'alimentazione elettrica (Responsabile Prof. M. Feliziani).



6. Metodologie di analisi e di progetto per l'interconnessione wireless in un sistema complesso (responsabile Dr. Ing. F. Santucci).



La Prof. M.D. Di Benedetto, coordinatore scientifico del progetto, sara' coadiuvata per gli aspetti organizzativi dal Dr. Ing. P. Pepe.



L'organizzazione per temi favorisce lo scambio di idee tra esperti attivi in settori scientifico-disciplinari diversi. Questo scambio di idee necessario per il raggiungimento degli obiettivi del centro sara' favorito anche dal fatto che alcuni ricercatori contribuiranno a piu' di un gruppo.



I responsabili dei gruppi parteciperanno a riunioni con cadenza regolare per coordinare ed organizzare le attivita' di ricerca. I ricercatori si ritroveranno in riunioni dove temi particolari di ricerca verranno esposti e dibattuti.



I gruppi di lavoro coinvolgeranno progettisti delle industrie coinvolte nelle attivita' del centro di eccellenza. I risultati intermedi del lavoro di ricerca verranno disseminati tra i partecipanti industriali con seminari e riunioni di lavoro con cadenza mensile. <<<