Embedded systemen zijn kleine computersystemen, een combinatie van hardware en software en vind je in een verscheidenheid aan apparaten om je heen, zoals in huishoudelijke apparatuur zoals oplaadbare stofzuiger en espressomachine, systemen in de auto zoals het motormanagement en navigatie, in consumenten elektronica zoals een smartwatch, in andere apparatuur in je woning, zoals slimme meter, thermostaat, PV omvormer, in medische apparatuur en smart sensoren. Deze systemen stellen vaak hoge eisen aan de software, hardware en het systeem ontwerp om real-time gedrag, energiezuinigheid, betrouwbaarheid en kostenefficiency te kunnen garanderen.

Deze minor staat in het teken van het ontwikkelen van een efficiënt embedded computersysteem dat draadloos kan communiceren.

• Je kent de opbouw van een embedded systeem, hoe een processor van binnen werkt
• Je kunt de processor op een laag (register) niveau programmeren om het maximale uit de mogelijkheden te halen
• Je kunt de software debuggen met de geschikte ontwikkelomgeving
• Je weet de hardware binnen de processor zo te gebruiken dat een energiezuinig apparaat ontstaat
• Je kunt het energiegebruik optimaliseren met daarvoor geschikte tools
• Je kunt de eisen vertalen in een ontwerp van het systeem en dit modelleren met UML
• Je kunt (experimenteel) onderzoek uitvoeren om de juiste ontwerpkeuzes te onderbouwen en weet dit op een professionele manier te rapporteren
• Je kunt effectief gebruik maken van een Real Time Operating System
• Je kunt digitale schakelingen in een hardware beschrijvingstaal modelleren en simuleren op een FPGA
• Je hebt een overzicht over de beschikbare (draadloze) communicatiestandaarden en -mechanismes, hun eigenschappen en kunt daarmee een juiste keuze maken voor een bepaald (IoT) vraagstuk
• Je kunt met een embedded System on Chip een IoT oplossing ontwikkelen, door een aantal draadloze communicatiestandaarden, zoals Bluetooth Low Energy, WiFi en LoRa in te zetten
• Je bent bekend met de security aspecten die van belang zijn bij het gebruik van communicatie systemen
• Jij beheerst de Engelse vaktaal, aangezien in deze sector veel opdrachtgevers, literatuur, datasheets en tools in het Engels communiceren
• Je brengt deze vaardigheden in de praktijk door in een project voor een bedrijf een prototype van een communicerend embedded systeem te ontwikkelen

Toelatingseisen

Als toelatingseis geldt dat je je propedeuse Elektrotechniek en voldoende vakken (minimaal 15 EC uit major 3) behaald hebt.

De lessen en practica vinden in de eerste periode plaats op maximaal 4 dagen per week, er wordt minimaal één andere dag roostervrij gepland voor de voorbereiding van het project.

In de tweede periode vinden de lessen en practica plaats op maximaal 2 dagen per week en worden er minimaal 3 roostervrije dagen in de week gepland waarin het project voor het bedrijf wordt uitgevoerd.

Digital Systems (DS) - 5 EC
Digital Systems bestaat uit de onderdelen Digital Hardware en Digital Signal Processing. Bij Digital Hardware leer je een FPGA programmeren in de hardware beschrijvingstaal VHDL, dit wordt afgesloten met een practicum assessment. Bij DSP ga je aan de slag met analoog digitaal conversie, sampling, differentievergelijkingen, opbouw DSP-systemen en FPGAs, convolutie, Z-transformatie, frequentieanalyse, ontwerpmethoden van recursieve en niet-recursieve digitale filters. Al deze aspecten worden in het practicum tot leven gebracht, je implementeert hier een digitaal filter op een FPGA door het in de hardware beschrijvingstaal VHDL te modelleren.

Real Time Systems (RTS) - 5 EC
Real Team Systems bestaat uit de onderdelen System Design and Implementation en Real Time Operating Systems. Bij Systems Design leer je de structuur en gedrag van systemen te modelleren met behulp van Object Oriented technieken (Unified Modeling Language, UML). Op praktische wijze leer je vanuit de klanteisen te ontwerpen richting een softwarematige oplossing. Het ontwerpen wordt aangeleerd in de eerste periode aan de hand van cases. Bij het vak RTOS In de periode erna wordt het ontwerp daadwerkelijk omgezet in werkende C++ code op een Real Time Operating System.

Wireless Communications (WICOM) - 5 EC
Apparaten worden meer en meer draadloos verbonden met het Internet (IoT). Het is daarom belangrijk te weten wat de opbouw en werking is van draadloze communicatie systemen en protocollen. Bekend worden met de basis principes, eigenschappen en toepassingen van diverse moderne communicatie systemen is het doel. Tijdens het practicum leer je een aantal draadloze communicatie standaarden (WiFi, BLE en LoRa) te gebruiken om een IoT oplossing op te bouwen met een wireless System on Chip (SoC). Onderwerpen zijn o.a. multiple access, spread spectrum, propagatie, modulatie, channel coding, OFDM, cellulaire systemen en netwerk topologiën.

Microcontroller Programming (MP) - 5 EC
Bij dit vak gaan we dieper in op hoe een microcontroller van binnen opgebouwd is en gebruikt kan worden. Vanuit de embedded software leer je op register niveau een microcontroller te configureren en efficiënte code te schrijven. Draadloze (sensor) systemen zijn meestal batterij gevoed en moeten lang mee kunnen gaan op een batterij. Het is dus zaak om energiezuinige schakelingen te ontwerpen en te programmeren. Bij dit vak leer je zowel in de theorie als praktijk de moderne microcontrollers te configureren in hardware en software om het energiegebruik te minimaliseren. Onderwerpen zijn o.a. registers, Interrupt Service Routine (ISR), peripherals zoals Clocks, Timers, GPIO, PWM, ADC, USART, Direct Memory Access (DMA), debuggen, compilers, toolchain. Energy Profiling, Power Management, low power modes, hardware events, energie efficiënt coderen.

Project (PEWS) - 10 EC
Je brengt de vaardigheden geleerd in de vakken in de praktijk door in een team van 2 studenten in een project voor een bedrijf een prototype van een communicerend embedded systeem te ontwikkelen.

In de eerste periode besteed je een dag per week aan het project. In het begin van de periode ga je op zoek naar een bedrijf in de embedded systeem ontwikkeling voor een project dat aansluit bij jouw interesse en voldoet aan de eisen van een EDMEWS project. De projectkeuze die je maakt overleg je met de minor coördinator ter acceptatie. Je bakent in de resterende tijd van de periode het project af door het schrijven van een plan en doet de eerste onderzoeken.

In de tweede periode besteed je minimaal 3 dagen in de week voor de concrete uitvoering van het ontwerp en de realisatie en verificatie van het prototype bij het bedrijf. Het project wordt afgesloten met een posterpresentatie, het geven van een werkende demo en opleveren van een systeemdossier met eindverslag.

Parallel aan het project zijn er lessen en opdrachten over de aanpak van een engineering project, communicatie en Engels.

Toetsing
Getoetst wordt met opdrachten, theorietoetsen, individuele practicumassessments en de producten van het project (posterpresentatie, demo, systeemdossier en eindverslag).

Aanvullende informatie

De benodigde hardware voor de diverse practica (FPGA ontwikkelbord, low power embedded systeem, WiFi/BLE SoC, LoRa transceiver) hoeft niet te worden aangeschaft, maar wordt tijdens de minor in bruikleen gegeven.