101811 - DISPOSITIVOS DE COMPUTACIÓN EN TIEMPO REAL

Tipo de asignatura: optativa

Coordinador: Julián Horrillo Tello

trimestre: Segundo trimestre

Créditos: 6

Aunque la lengua de comunicación de la asignatura es el catalán, no se descarta el uso de otras lenguas que el Tecnocampus, por normativa, acepta: el inglés y el castellano. El estudiante puede utilizarlo sin restricción alguna.

Asignatura optativa enmarcada en el bloque de la mención en Fabricación Inteligente en la Industria 4.0.

La miniaturización de la potencia de cálculo y de memoria ha llevado a desarrollar controladores y dispositivos inteligentes, ocupando muy poco volumen, para poder situarlos muy cerca de donde se adquieren o utilizan los datos. Son los que conocemos como sistemas ciberfísics, embedded, y el edge computing.

Estos dispositivos tienen, como una de las características principales, el trabajar con datos en tiempo real, y garantizar tiempos de respuesta muy cortos. Esto requiere utilizar mecanismos específicos de tratamiento de señal en tiempo real.

Durante el curso se presentarán varios tipos de dispositivos orientados a la computación en tiempo real, se estudiará cómo tratar las señales digitales que proporcionan los sensores y el tratamiento que se puede hacer con ellos a partir de filtros digitales y tratamiento de datos.

Las prácticas están dirigidas a desarrollar partes de uno de estos sistemas ciberfísicos para un caso concreto utilizando uno de esos tipos de dispositivos. En concreto se trabajará con el microcontrolador ARM Cortex M4 (en las placas de desarrollo LAUNCHXL-F28379D de Texas Instruments).

Al finalizar la asignatura el estudiante debe ser capaz de:

1. Conocer la importancia y las posibilidades de los sistemas ciberfísics en un entorno de dispositivos inteligentes distribuidos.

2. Conocer los diferentes tipos de procesadores aptos para realizar tareas de tiempo real, herramientas para su programación y aplicaciones.

3. Implementa filtros digitales en tiempo real.

4. Utiliza herramientas de software para el análisis y el diseño de filtros digitales.

5. Saber cómo aplicar los procesadores y controladores para tiempo real en sistemas de robótica avanzada.

6. Diseña e implementa soluciones de control basadas en DSP y sistemas en tiempo real, tanto a nivel de hardware como de software.

7. Aplica herramientas de programación de dispositivos PLD, microprocesadores, microcontroladores y DSP de los equipos digitales.

8. Diseñar, escribir, probar, depurar, documentar y mantener código en un lenguaje de alto nivel para resolver problemas de programación aplicando esquemas algorítmicos y utilizando estructuras de datos.

La asignatura consta de 4 horas semanales de clases presenciales en el aula (grupo grande), donde se desarrollarán los contenidos teóricos y se resolverán ejercicios y problemas del diseño de carácter práctico, y de 20 horas por curso de prácticas de laboratorio (grupo pequeño) desarrollando diseños y aplicaciones de tratamiento de señal en tiempo real.

Siempre que se considere oportuno se pondrá a disposición de los alumnos actividades de tipo totalmente opcional que le ayuden a preparar ya prepararse para las de carácter obligatorio.

1. Tratamiento digital de la señal (TDS) en tiempo real en el entorno industrial 

1.1 Tratamiento de la señal. Muestreo, digitalización de la señal y tratamiento de datos.

1.2 Sistemas en tiempo real. Sistemas reactivos 

2. Filtros digitales y su diseño

2.1 Filtros digitales (FIR y IIR) y su diseño

2.2 Estructuras de los filtros digitales

2.3 Transformada de Fourier discreta y Transformada rápida de Fourier

2.4 Filtrado de imagen.

3. Procadores para el tratamiento digital de señal en tiempo real

3.1 Presentación de distintos tipos de procesadores que se pueden utilizar.

3.2 Características técnicas, ventajas e inconvenientes de su utilización, herramientas de desarrollo, y aplicaciones principales.

3.3 Importancia del Digital Signal Procesor (DSP). Explicación general del procesador LAUNCHXL-F28379D de Texas Instruments. Tarjeta de evaluación.

4. Programación y aplicaciones en tiempo real

4.1 Desarrollo de aplicaciones

4.2 Sincronización de las transferencias de E/S

4.3 Sistemas operativos de tiempo real (RTOS)

1. Diseño de filtros digital

Trabajando individualmente, el estudiante debe diseñar un conjunto de filtros digitales teniendo en cuenta sus requerimientos y características funcionales especificadas. [Relacionada con las Competencias E29; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 3].

2. Programar un algoritmo FFT

En esta actividad individual, el estudiante debe estudiar, diseñar y programar un algoritmo de Fast Fourier Transform (FFT). [Relacionada con las Competencias E21, E22, E24, E27, E28 y E29; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 2, 3, 4, 5, 6 y 7].

3. Programación de aplicaciones para el uso de interrupciones y conexiones de I/O para la tarjeta F28379D de Texas Instruments 

Trabajando por grupos, el estudiante debe diseñar de forma progresiva una aplicación que utilice las entradas y salidas aalógicas de la tarjeta y las interrupciones. [Relacionada con las Competencias E21, E22, E24, E27, E28 y E29; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 4, 5, 6 y 7].

4. Programación de una aplicación de un filtro digital en Tiempo Real

Trabajando por grupos, el estudiante debe diseñar, desarrollar y verificar el programa para una aplicación de un filtro digital IIR teniendo en cuenta sus requerimientos y características funcionales especificadas. [Relacionada con las Competencias E21, E22, E24, E27, E28 y E29; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 4, 5, 6 y 7].

5. Examen

Prueba escrita de evaluación de los conceptos teóricos y prácticos desarrollados a lo largo del curso. Actividad individual. [Relacionada con las Competencias E21, E22, E24, E27, E28 y E29; Evidencia del Resultado de Aprendizaje 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7].

Para cada actividad, los docentes informarán de las normas y condiciones particulares que las rijan. Esta información se comunicará en el aula física y / o se publicará en el aula virtual.

Las actividades unipersonales presuponen el compromiso del estudiante de realizarlas de forma individual. Se considerarán suspendidas todas aquellas actividades en las que el estudiante no cumpla este compromiso.

Igualmente, las actividades que deban realizarse en grupos presuponen el compromiso por parte de los estudiantes que lo integran de realizarlas en el seno del grupo. Se considerarán suspendidas todas aquellas actividades en las que el grupo no haya respetado este compromiso. La responsabilidad de los resultados del trabajo es del grupo, y no de las individualidades que lo componen. En cualquier caso, los docentes pueden, en base a la información de que dispongan, personalizar la calificación para cada integrante del grupo.

Cualquier actividad no entregada se considerará puntuada con cero puntos. La no asistencia a alguna sesión excluye de forma automática de la evaluación de la actividad correspondiente, considerándose puntuada con cero puntos.

Es potestativo de los docentes aceptar o no entregas fuera de los plazos que se indiquen. En caso de que estas entregas fuera de plazo se acepten, es potestativo del docente decidir si aplica alguna penalización y su valor.

La evaluación de la asignatura se realizará a partir de los resultados obtenidos por el grupo de trabajo a lo largo del trimestre. Una parte de la evaluación es común a todos los miembros del grupo, en función de los resultados del trabajo realizado; y otra es individual, la actividad 4 (Examen). También se valorará la actividad individual dentro de los grupos. 

A continuación se indica el peso de cada una de las actividades en la evaluación final de la asignatura.

• ACTIVIDAD 1: 15%

• ACTIVIDAD 2: 10%

• ACTIVIDAD 3: 25%

• ACTIVIDAD 4: 10%

• ACTIVIDAD 4 (Examen): 40%

La asistencia a las sesiones de clase y la entrega de los informes correspondientes de las actividades desarrolladas es condición necesaria para la evaluación de la asignatura.

Oppenheim, Alan & Schafer, Ronald (1975). Digital Signal Processing. New Jersey: Prentice Hall

Ziem, Rodger & Tranter, William & Fannin, Ronnald (2014). Signals and Systems: Continuous and Discrete. Essex. Pearson Educated Limited.   

Oppenheim, Alan V. (2000). Tratamiento de señal en tiempo discreto. Pearson Prentice Hall.

Khaitan, Siddhartha & McCalley, James (2014). Design Techniques and Applications of Cyber ​​Physical Systems: A Survey. IEEE Systems Journal