extra Alles parallel Embedded Systems Wer Hardwareprodukte Schwerpunkt: Entwickeln mit FPGAs Chips und Tools Veranstaltungen

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1 sponsored by: Ein Verlagsbeihefter der Heise Zeitschriften Verlag GmbH & Co. KG extra Embedded Systems Schwerpunkt: Entwickeln mit FPGAs Chips und Tools Programmierbare Hardware im Aufwind Alles parallel Tools verkürzen die Entwicklungszeit Schneller Zyklus Vorschau Security Malware und die Sicherheitsstrategien der Unternehmen Veranstaltungen Juni 2009, Taipei/Taiwan Computex Taipei Juni 2009, Frankfurt LOPE-C Large-area, Organic & Printed Electronics Convention Juni 2009, Berlin Linux Tag September 2009, Amsterdam OSiM World, Open Source in Mobile event.osimworld.com Seite I Seite VI Seite VIII ix extra Embedded Systems zum Nachschlagen: Embedded Systems Alles parallel Programmierbare Hardware im Aufwind Field Programmable Gate Arrays sind Hardware- Bausteine, die der Anwender mehrmals programmieren und dynamisch neu konfigurieren kann. Elektronik- Hersteller können damit Produkte entwickeln und in kleinen Stückzahlen auf den Markt bringen. Anwendungen findet man überall: im Mobilfunk, in der Medizintechnik oder im Bereich Automotive. Wer Hardwareprodukte entwickelt, muss sich für geeignete Komponenten entscheiden. Für Massenprodukte wie Mikroprozessoren eignen sich universelle Standardschaltungen. Mit Field Programmable Gate Arrays (FPGA) stehen Unternehmen, die kundenspezifische Produkte fertigen wollen, frei programmierbare integrierte Schaltkreise zur Verfügung, deren Funktion der Entwickler erst nach der Chip-Fertigung per Software im Feld festlegt. FPGAs bestehen aus Logikblöcken, die ebenso wie die Verbindung zwischen ihnen frei programmierbar sind, und zwar je nach Typ ein- oder mehrmals. Bei einmalig programmierbaren FPGAs entsteht die kundenspezifische Schaltung durch das Brennen von Schmelzbrücken (Antifuse-Technik). SRAM- oder Flash-Speicher Die meisten verfügbaren FPGAs sind mehrfach programmierbar und legen ihre Konfiguration in einem integrierten Speicher ab, der als SRAM, EEPROM oder Flash vorliegen kann. SRAM- FPGAs die am häufigsten vorkommende Variante müssen ihre Konfiguration bei jedem Systemstart neu einlesen, etwa aus einem zusätzlichen Flash- Chip. FPGAs wie Actels Fusion- Chips, die einen Flash-Konfigurationsspeicher besitzen, sind hingegen sofort nach dem Einschalten betriebsbereit. Ihre Flexibilität verschafft FPGAs einen Vorteil in Zeiten, in denen immer schneller neue Produkte auf den Markt kommen, die den Lebenszyklus der gestern noch nagelneuen beenden. Das gilt besonders für Branchen wie die Unterhaltungsindustrie, für mobile Geräte, Handys, Kameras oder digitale Displays. Aufgrund kurzer Produktlebenszyklen lohnen sich große Stückzahlen oft nicht. So lauten die Anforderungen, vor denen die Embedded- Branche derzeit steht: Schnelle Entwicklung von Prototypen und Markteinführung sowie gleichzeitige Senkung der Entwicklungskosten. Hinzu kommt die Aufgabe, nicht nur einen, sondern verschiedene Endmärkte zu versorgen, zum Beispiel Automobil- und Unterhaltungselektronik, drahtlose Kommunikation, Luft- und Raumfahrt oder Verteidigung. Hersteller, die das tun, können I

2 ihre Produkte mit FPGAs durch eine Programmierung kundenspezifisch anpassen. FPGA-Hersteller betonen die Vorteile ihrer Bausteine gegenüber ASICs (Application Specific Integrated Circuit). Das sind Chips, deren Funktion der Halbleiterhersteller bereits im Produktionsprozess für eine bestimmte Anwendung unveränderbar einbrennt respektive -ätzt. Sie zu entwickeln ist aufwendiger, da sämtliche Layout- Masken zu erstellen sind, was bei FPGAs entfällt. Die Leistungsfähigkeit von FPGAs steigt. Deshalb sind sie mittlerweile für Anwendungen geeignet, die früher den fest verdrahteten ASICs vorbehalten waren. So meint zum Beispiel Marktführer Xilinx ( com), dass FPGAs, seit sie die 500-MHz-Grenze überschritten haben, auch für komplexe digitale Schaltungen geeignet seien. Xilinx hatte im Jahr 1985 die ersten FPGAs auf den Markt gebracht. Nach Einschätzung von National Instruments ( finden FPGAs einen immer breiteren Einsatz, weil Ingenieure auf komfortable Entwicklungswerkzeuge zurückgreifen können mehr dazu im Artikel Schneller Zyklus auf SeiteˇVI. Vorteil Rekonfigurierbarkeit Anatomie eines FPGA FPGAs sind programmierbare digitale Logikbausteine. Sie bestehen aus vielen, meist identischen Blöcken (Configurable Logic Blocks, kurz CLB), die in einer Matrix angeordnet sind (siehe Abbildungˇunten). Der Aufbau eines CLB hängt vom FPGA-Typ und -Hersteller ab. Gewöhnlich besitzt ein Logikblock, wie in der Abbildungˇrechts gezeigt, vier oder mehr Eingänge (Inputs), eine Lookup Table (LUT), die jeder Kombination der Eingangssignale einen programmierbaren Wert zuordnet, sowie ein 1-Bit-Speicherelement (Flipflop). FPGAs eignen sich außerdem für das Erstellen von Prototypen. Durch die freie Programmierbarkeit kann der Entwickler seine Schaltung leichter ausprobieren und Ideen testen. Während des gesamten Entwicklungsprozesses und sogar beim Endanwender kann er die Schaltung verändern oder Updates einspielen, wenn sich Spezifikationen oder Standards bereits implementierter Funktionen verändert haben. Manche FPGAs, etwa die Virtex-Familie von Xilinx, lassen sich partiell rekonfigurieren. Dabei kann der Entwickler einen Teil der Schaltung eines FPGA im laufenden Betrieb lokal oder ferngesteuert neu programmieren, während der Rest des Systems weiterarbeitet. So kann man mehrere unabhängige Anwendungen auf einem FPGA betreiben. Für die Umsetzung von Standardfunktionen können Entwickler auf vorgefertigte Schaltungen zurückgreifen. Die sogenannten IP-Cores (IP steht für Intellectual Property) sind Komponenten oder komplette integrierte Schaltkreise. Soft- IP-Cores liegen als Quellcode in einer Hardware-Beschreibungssprache (Hardware Description Language, kurz HDL) oder als kompilierte Netzliste vor. Letztere funktioniert nur mit dem FPGA-Typ, für den der Entwickler sie erstellt hat. Hard-IP-Cores sind fertige, nicht mehr veränderbare Blöcke. Einige Hard-IP-Cores integrieren die Hersteller bereits in ihre FPGAs, zum Beispiel PowerPC-Prozessoren oder Ethernet-Schnittstellen. Als Beispiel für einen Soft- IP-Core sei der 32-Bit-RISC- Microcontroller MicroBlaze genannt, den Xilinx in seinen FPGAs nutzt. Darüber hinaus gibt es frei verfügbare Micro- Blaze-Clones wie den aemb, der unter der LGPL-Lizenz steht Komplexere Schaltungen lassen sich durch Verbinden mehrerer CLBs realisieren. Dabei bilden die Lookup-Tabellen die zustandslose kombinatorische (boolesche) Logik ab, während die Flipflops als Zwischenspeicher dienen. I/0 I/0 I/0 I/0 I/0 CLB CLB CLB CLB I/0 I/0 CLB CLB CLB CLB I/0 I/0 CLB CLB CLB CLB I/0 I/0 CLB CLB CLB CLB I/0 I/0 I/0 I/0 I/0 Eingänge A B C D SRAM (config) 4-Bit- LUT D- Flipflop Input/Output-Blöcke (I/O Blocks) verbinden das FPGA mit der Außenwelt. Sie sind unter anderem für das Puffern der Ein- und Ausgangssignale sowie für die Anpassung der Signalpegel zuständig. Ein gitterförmiges Netz programmierbarer Verbindungsleitungen transportiert Signale von einem CLB zum nächsten sowie zwischen CLBs und I/O-Blöcken. Manche FPGA-Typen besitzen zusätzliche Verbindungen zwischen benachbarten CLBs. Außerdem enthalten viele FPGAs weitere, spezialisierte Funktionsblöcke etwa Multiplizierer, DSP-Recheneinheiten oder zusätzlichen Speicher. Takt X Ausgang Quelle: Altera Mit dem Stratix IV hat Altera im vergangenen Jahr das erste in 40-nm-Technik gefertigte FPGA vorgestellt. und auch auf FPGAs anderer Hersteller zum Einsatz kommen darf. Weitere Open-Source-IP- Cores gibt es unter www. opencores.org. Altera (www. altera.com) bietet mit dem Nios II ebenfalls einen Soft- Core-Prozessor an. Lattice ( com) stellt seinen Soft-Core LatticeMico32, einen 32-Bit- Microcontroller für die Implementierung von Systems on a Chip (SoC) in FPGAs, kostenlos im Quellcode zur Verfügung. Das dafür nötige Entwicklungssystem basiert auf der GNU Compiler Collection (GCC). Xilinx und Altera: Immer kleiner Der FPGA-Hardware-Markt ist übersichtlich und geprägt von US-amerikanischen Unternehmen. Alle bieten Produktfamilien mit weit differenzierten FPGAs an und adressieren damit unterschiedliche Märkte und Bedürfnisse. Xilinx bietet zwei Produktfamilien: Virtex für High-End- Anwendungen und Spartan für den Low-Cost-Bereich. Im Februar 2009 hat das Unternehmen weitere Familienmitglieder angekündigt: Virtex-6 und Spartan-6. Sie nutzen die neue Fertigungstechnik von United Microelectronics Corporation (UMC), die Chips im 40-nm- Prozess produzieren, und erreichen nach Herstellerangaben im II ix extra 6/2009

3 Perforce Das schnelle Software-Konfigurationsmanagementsystem df :38:21 Uhr ( ) Wir stellen vor: das Perforce Plugin für Eclipse Arbeiten Sie mit Perforce in Ihrer Eclipse basierten IDE. Bietet Entwicklern komfortablen Zugriff auf Perforce SCM aus ihrer Eclipsebasierten IDE. Funktionsumfang: Schneller Zugang zum gesamten Dateiverlauf Volle Unterstützung für kooperative Entwicklung mit der Möglichkeit, Dateien zusammenzuführen Offline zu arbeiten und bei Verbindung wieder zusammenführen Dateivergleich sowie Unterstützung für Defect Tracking Das Perforce Plugin für Eclipse Das Perforce Plugin für Eclipse unterstützt Windows ebenso wie Linux und ist eine der vielen Integrationen, die zum Perforce SCM-System mitgeliefert werden. Laden Sie unter völlig unverbindlich eine Gratisversion von Perforce herunter. Während Ihres Testlaufs können Sie den technischen Support kostenlos in Anspruch nehmen. Alle Marken und eingetragenen Marken sind das Eigentum ihrer jeweiligen Inhaber.

4 Low-Cost-FPGAs wie Alteras Cyclone III kommen zum Beispiel in der Unterhaltungselektronik oder in mobilen Infotainment-Systemen zum Einsatz. Vergleich zu ihren Vorgängern die doppelte Logikdichte bei halbierter Verlustleistung. Erste Muster und Designplattformen sollen im zweiten Quartal 2009 verfügbar sein. Mikroprozessor eingebaut Der als Soft-IP-Core verfügbare Mikroprozessor MicroBlaze und die Tatsache, dass manche Bausteine aus der Familie vollständige PowerPC-Kerne enthalten, machen die Virtex-Familie interessant für SoC-Entwickler. Als geeignete Applikationen für Virtex-6 nennt Xilinx die drahtlose Kommunikationsinfrastruktur, drahtgebundene Netze und das Broadcasting. Mit der Spartan-Familie zielt Xilinx auf Endprodukte in der Unterhaltungselektronik, im Automobil- Infotainment sowie in der Überwachungstechnik und drahtlosen Kommunikation. Altera hat 2008 mit der Stratix-IV-Familie die ersten 40-nm-FPGAs herausgebracht, und zwar in zwei Varianten: Die Stratix-IV-E-Modelle enthalten zusätzliche Speicher- und DSP- Ressourcen, die Stratix-IV-GX- FPGAs integrierte Transceiver. Letztere bieten außerdem Hard-IP-Support für PCI Express. Darüber hinaus unterstützen sie Protokolle wie RapidIO, XAUI (X Attachment Unit Interface) einschließlich Quelle: Altera DDR-XAUI, das Common Public Radio Interface (CPRI), Common Electrical I/O (CEI) 6G, Interlaken und Ethernet. Mit verschiedenen Techniken reduziert Altera die Leistungsaufnahme der Transistoren. Als wichtigste Designänderung in den 40-nm-Chips nennt das Unternehmen die Senkung der Core-Spannung von 1,1 auf 0,9 Volt. Die neuen Bausteine nehmen dadurch 40 Prozent weniger Energie auf als die der Stratix-III-Serie. Dank der kleineren SRAM-Zellen und Logikstrukturen ließen sich über 500ˇ000 Logikelemente auf dem Chip unterbringen, kombiniert mit 48 High-Speed- Transceivern. Ohne Transceiver sind es sogar 680ˇ000 doppelt so viele wie beim Stratix III. Die Stratix-IV-GX-Modelle eignen sich für zahlreiche Anwendungen in den Segmenten Kommunikation, Rundfunktechnik, Test, Medizin- oder Verteidigungstechnik. Zu den Produkten gehört ein Satz Entwicklungswerkzeuge, mit dem Systementwickler komplette System-on-Chip-Lösungen realisieren können. Im April kündigte Altera eine Zusammenarbeit mit National Semiconductor an. Man will den Digital-Video-Markt für Automotive-Infotainment- und Fahrerassistenzsysteme mit schnellen Datenübertragungslösungen mit hoher Reichweite versorgen. Als Basis sollen Alteras Low- Cost-FPGAs Cyclone III dienen. Strom sparen ist angesagt Auf Strom sparende FPGAs konzentriert sich Silicon Blue ( mit seiner Familie ice65. Als Anwendungsbereiche sieht das Unternehmen tragbare Consumer-Anwendungen wie Smartphones, tragbare MediaPlayer, digitale Kameras, ebooks und Netbooks, aber auch medizinische Geräte. Mit Geschwindigkeit trumpft hingegen Achronix auf (www. achronix.com). Die Speedster- Produktfamilie des 2004 gegründeten Start-ups verarbeitet Signale mit Frequenzen bis zu 1,5 GHz. Das Unternehmen nutzt eine patentierte Technik namens picopipe, die den dreifachen Datendurchsatz erlaubt. Intern arbeitet das FPGA asynchron, das heißt ohne globale Taktleitung (clockless logic). Stattdessen steuern Handshake-Protokolle den Datentransport zwischen den Logikelementen. Actel ( setzt auf Flash-Technik und bietet einmal programmierbare Antifuse-FPGAs. Außerdem hat das Unternehmen sogenannte Mixed-Signal-FPGAs im Portfolio, bei denen sich analoge und digitale Schaltkreise auf einem Chip befinden. Zielmärkte sind unter anderem mobile Unterhaltungsgeräte, Ultraschall-Geräte, Raumfahrt und Industriesteuerung. Gemeinsam mit ARM hat das Unternehmen den Cortex-M1 entwickelt, den ersten ARM-Prozessor als Soft- IP-Core speziell für die Implementierung in Actel-FPGAs. Fazit Frei programmierbare FPGAs unterstützen eine schnelle Markteinführung in kleinen Serien von Produkten mit kurzen Lebenszyklen. Entwickler können partiell rekonfigurierbare FPGAs sogar im Betrieb umprogrammieren, auch aus der Ferne. Das Einbetten mehrerer Computersysteme in ein FPGA, zum Beispiel CPU, RAM oder Bussysteme, erlaubt die Entwicklung von Systems on a Chip (SoC). Dank moderner Fertigungsverfahren besitzen moderne FPGAs genug Leistung, um sich als Alternative zu ASICs anzubieten. Ihr sinkender Strombedarf ist neben der kompakten Bauform ein FPGA kann diverse andere ICs ersetzen ein weiteres Argument für den Einsatz in mobilen Geräten. (mr) Barbara Lange ist IT-Journalistin und Inhaberin des Redaktionsbüros kurz & einfach in Lengede. IT-Sicherheitsforschung berücksichtigt FPGAs Anfang März 2009 hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die programmierbaren integrierten Schaltkreise in ihr Arbeitsprogramm IT-Sicherheitsforschung aufgenommen ( Eckpunkte_final.pdf), das es gemeinsam mit dem Bundesinnenministerium Ende Oktober 2008 verabschiedet hatte. Als zentralen Punkt betonen sie den Sicherheitsaspekt, denn die anwendungsspezifisch programmierbaren FPGAs bieten Freiheitsgrade, die jene von Standardprozessoren übersteigen, stellt das BMBF fest. Nicht nur, dass sich auf dem programmierbaren Teil Prozessoren einbetten lassen teilweise enthalten FPGAs hardwaretechnisch eingebettete Prozessoren. Damit wird der Gedanke des System on a Chip auch in der programmierbaren Variante auf einem Hardwarebaustein zunehmend Realität, so das BMBF. Damit einher geht jedoch die Notwendigkeit, Funktionen sicher, dauerhaft und nachweisbar separiert umsetzen zu können sowie Komponenten, die auf physikalischen Effekten beruhen etwa Rauschen, nachweisbar sicher implementieren zu können. Untersuchen will man auch sogenannte Seitenkanalangriffe gegen FPGAs und eingebettete Systeme, die bislang noch nicht systematisch erforscht worden sind. IV ix extra 6/2009

5 Pole-Position für bessere Software Wir möchten, dass Sie bessere Software entwickeln können. Von Anfang an. DAS QA SYSTEMS-LEISTUNGSPAKET Requirements-Management: IRQA Professionelles Anforderungsmanagement mit perfektem Preis/Leistungsverhältnis Statische Sourcecode-Analyse: QA-C, QA-C++, MISRA Fehler identifizieren, bevor sie sich auswirken können. Standards wie MISRA automatisch überprüfen Dynamischer Test: VectorCAST Automatisierung der Testprozesse ohne manuelles Schreiben von Testcode Normen wie DO-178B, FDA, IEC und CENELEC erfüllen Know-how-Transfer durch Experten wie Dr. Scott Meyers, Prof. Dr. Les Hatton, Suzanne Robertson in Seminaren und Workshops Mehr Infos unter QA Systems GmbH Schwieberdinger Str Stuttgart Tel +49 (0)711 / Fax -10 sales@qasystems.de

6 Schneller Zyklus Komplexe FPGA-Bausteine erfordern leistungsfähige Designwerkzeuge, die die Phasen der Hardwareentwicklung unterstützen. FPGA- und unabhängige Softwarehersteller bieten eine Vielzahl von Tools. Neben den FPGA-Hardware-Herstellern steuern EDA-Anbieter (Electronic Design Automation) ihre Lösungen bei, mit denen die Entwickler ihre Produkte entwerfen, simulieren, verifizieren, übersetzen und letztlich als Bitstrom in ein FPGA laden können. Die verfügbaren Tools (siehe Tabelle auf Seite VII) decken einzelne Bereiche oder den gesamten Entwicklungsprozess ab. In der Designphase beschreibt der Entwickler das gewünschte Verhalten seiner digitalen Schaltung mit einer Hardware- Beschreibungssprache (HDL) oder grafisch. Die Simulationsphase dient der Überprüfung der Funktion der eingegebenen Schaltung. Erwiesenermaßen korrekt Mit der wachsenden Komplexität bei der FPGA/ASIC-Entwicklung steigt die Bedeutung der Verifikationsphase. Da man aus Zeitmangel nicht alle Zustände einer komplexen Schaltung simulieren kann, muss man ihre Korrektheit auf andere Weise prüfen etwa durch logische Schlussfolgerungen oder den Vergleich mit einer Referenzschaltung. Auf diese Phase hat sich zum Beispiel das Unternehmen OneSpin ( spezialisiert. Bei der abschließenden Synthese kompiliert der Entwickler seinen Quellcode in eine sogenannte Netzliste. Netzlisten spezifizieren die für die Schaltung benötigten Komponenten sowie die Verbindung zwischen ihnen. Folgen sie dem Electronic Design Interchange Format (EDIF), können Entwickler sie zwischen unterschiedlichen EDA-Systemen austauschen. Am Schluss kann der Programmierer den erzeugten Bitstream in sein FPGA laden. Die Anforderungen an den Hardwareprogrammierer sind hoch: Er muss zum einen eine oder mehrere HDLs kennen, zum anderen die dazugehörige Hardware, die digitale Schaltungstechnik und die Entwurfswerkzeuge beherrschen. Hardware-Beschreibungssprachen unterscheiden sich von normalen (Software-)Programmiersprachen in einem wesentlichen Punkt: Sie beschreiben eine parallele Hardware und können Gleichzeitigkeiten ausdrücken. Anders als CPUs und Microcontroller verarbeiten FPGAs der ASICs Informationen nicht sequenziell. Darin besteht einer ihrer Vorteile: Fügt ein Entwickler seinem System weitere Komponenten hinzu, wirkt sich das nicht auf die Geschwindigkeit aus, denn jedes Modul nutzt exklusiv den ihm zugewiesenen Bereich auf dem Chip. Babylonische Sprachvielfalt Entwickler in Europa verwenden überwiegend die Hardware-Beschreibungssprache VHDL Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Hardware Description Language. Seit 1987 ist die Sprache durch den Standard IEEE 1076 genormt, die aktuelle Version ist VHDL VHDL arbeitet systemunabhängig, die Schaltungen sind übertragbar. Weit verbreitet in den USA ist Verilog, seit 1995 von der IEEE standardisiert. Außer der aktuellen Version Verilog 2005 gibt es eine erweiterte Sprache namens SystemVerilog ( die auch die Verifikation digitaler Schaltungen unterstützt. Schaltungen mit analogen und digitalen Komponenten lassen sich mit Verilog-AMS entwickeln. Das Embedded Systems Development Kit von Altera beschleunigt das Erstellen von Embedded-Designs auf Basis der Cyclone-III-FPGAs. Quelle: Altera Darüber hinaus gibt es Sprachen wie SystemC, AHDL (Altera Hardware Description Language) und AHDL-AMS. SystemC ( eine frei verfügbare C++-Klassenbibliothek, erweitert die Sprache so, dass Parallelität abbildbar ist. Möglich ist mit ihr auch die Modellierung von synthetisierbaren Schaltungen auf dem Register Transfer Level (RTL). AHDL wurde von Altera entwickelt und kommt überwiegend in dessen Entwicklungstools zum Einsatz. Mit VHDL-AMS (analog/mixed signal) kann der Entwickler analoge Systeme beschreiben. Hardware-Beschreibungssprachen beinhalten Code-Elemente, die nicht synthesefähig sind. Das hängt mit der Geschichte der HDLs zusammen, die ursprünglich nur spezifizieren, simulieren und verifizieren sollten. Die Synthesefunktion kam erst später hinzu daher eignen sich nicht alle Sprachelemente für die direkte Umsetzung in Hardware. Umfangreiche Werkzeugpalette Ganz vorn im Angebot der Entwicklungswerkzeuge liegen die FPGA-Hersteller selbst, die mit allen erdenklichen Entwicklungsboards, Development Kits und Design Tools die Bedürfnisse der FPGA-Entwickler abdecken unmöglich, hier alles zu nennen. Zahlreiche Entwicklungskits verbinden Hardund Software mehrerer Anbieter, zum Beispiel das logitap Development Kit von Xylon ( für GUI- Entwickler mit Xilinx-FPGAs und diverser Grafiksoftware. Xilinx ( bietet mit dem ISE WebPACK eine kostenlose FPGA-Design-Software für Linux, Windows XP Professional und Vista Business, leider nur als 32-Bit-Version ( pack.htm). Im Funktionsumfang enthalten sind HDL-Synthese und Simulation sowie Imple- VI ix extra 6/2009

7 mentierung und FPGA-Programmierung per JTAG-Schnittstelle. Altera ( kündigte im März 2009 das Embedded Systems Development Kit mit einem Cyclone-III-FPGA an (siehe Abbildung). Da der Betriebssystem-Anbieter Wind River ( eine Linux-Unterstützung für Alteras Nios-II-Prozessor angekündigt hat, können Entwickler dieses Development Kit als Basis für ihre Embedded-Linux-Designs nutzen. Weiterhin bietet Altera die Entwicklungsumgebung Quartus II an, die die Stratix-IV- FPGAs und Hardcopy-ASICs in 40-nm-Technik unterstützt. Für Windows XP und Vista (32 Bit) gibt es eine kostenlose Web Edition mit verringertem Funktionsumfang und einer Beschränkung auf bestimmte FPGA-Modelle ( support/software/download/ sof-download_center.html). Das Unternehmen unterstützt unter anderem den Standard DO-254 (Design Assurance Guidance for Airborne Electronic Hardware) für die Luftfahrtindustrie. DO-254 legt Richtlinien für die Hardware-Entwicklung fest. Altera und Mentor Graphics ( haben eine Zusammenarbeit angekündigt, um die standardgerechte Entwicklung von Tools und Methoden zur Erstellung von DO- 254-zertifizierten IPs für die FPGA- und Hardcopy-ASIC- Lösungen von Altera zu unterstützen. Xilinx bietet ebenfalls Lösungen für DO-254. Zahlreiche Software-Anbieter unterstützen mit EDA-Tools den FPGA-Entwicklungsprozess. Die Simulationsumgebung ModelSim ( von Mentor Graphics etwa spricht VHDL, Verilog und SystemC. Studenten können die Model- Sim PE Student Edition mit einer sechs Monate gültigen Lizenz kostenlos aus dem Netz herunterladen, müssen allerdings auf jeglichen Support des Herstellers verzichten. Das Syntheseprodukt Precision Synthesis von Mentor Graphics kann mit Alteras 40-nm-FPGAs umgehen und ermöglicht eine nach Unternehmensangaben herstellerneutrale Synthese auf Knopfdruck. Precision Synthesis soll die Zahl der Design-Iterationen reduzieren und so den Entwicklungsprozess beschleunigen. Mit Unterstützung verschiedener FPGAs von Anbietern wie Actel ( Altera, Lattice ( Quicklogic ( com) und Xilinx wirbt das Unternehmen Zuken (www. zuken.com) für sein Produkt CADSTAR FPGA. Es enthält einen universellen Projektmanager, der sämtliche Designdateien für Simulation, Synthese, Platzierung und Wegsuche ANBIETER VON FPGAS, IP-CORES UND ENTWICKLUNGSUMGEBUNGEN Die folgende Übersicht erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Hersteller FPGAs Boards Tools IP-Cores Web Achronix Semiconductor v v v Actel v v v v Aeroflex v Agilent v Aldec v Altera v v Altium v v ARM v ASICS World Service v Atmel v v v Avalon Microelectronics v Bartels System GmbH v Cadence Design Systems v CAST v Cesys v Cheetah Hi-Tech v index.html Coreworks v v Cypress Semiconductor v Dillon Engineering v Elliptic Technologies v Enclustra v Eureka Technology v Fraunhofer IIS v Helion Technology v iwave Systems Technologies v Lattice Semiconductor v v v v Corporation Magma Design Automation v MAZeT GmbH v Mentor Graphics v v MSC / Gleichmann Electronics v National Instruments Germany v v OneSpin v PHYTEC Messtechnik GmbH v QuickLogic v SiliconBlue Technologies v v v Corporation Symphony EDA v Synopsys v v Tensilica v Xilinx v v v Xylon v v Zuken v ix extra 6/2009 VII

8 Entwurfsverfahren für 3D-Chips gesucht Anfang 2010 will das Bundesministerium für Bildung und Forschung ( das 5. Clusterforschungsprojekt für den Entwurf dreidimensionaler Chips starten. 3D-Chips bestehen aus mehreren Schichten hauchdünner Folien, die untereinander vertikal vernetzt sind (siehe Abbildung). In solchen geschichteten Chips lassen sich alle Arten von integrierten Schaltungen unterbringen, also auch FPGAs. Nach Einschätzung des Deutschen Zentrums für Entwurfsautomatisierung edacentrum e.ˇv. ( in Hannover ermöglichen sie eine neue Klasse komplexer elektronischer Systeme. Als Einsatzgebiete eignen sich mobile Geräte, autonome Sensornetze, Prothesen und Implantate sowie die Haustechnik. 3D-Chips sind kleiner, verbrauchen weniger Energie und sind günstiger in der Herstellung. Laut edacentrum stellen sie die Entwurfsentwicklung (Electronic Design Automation, EDA) vor große Herausforderungen, für deren Lösung es derzeit noch keine kommerziellen Werkzeuge gibt. Als Ziel hat sich das Förderprojekt die Entwicklung von Methoden für neue, industriell einsetzbare EDA-Werkzeuge vorgenommen. Das edacentrum ist eine vom BMBF geförderte Institution, die Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet Electronic Design Automation vorantreibt. Quelle: Fraunhofer IZM sowie Steckerbelegung auf der Platine steuert. Eine Verdoppelung der Verifikationsperformance verspricht EDA-Anbieter Synopsys ( mit seiner Verifikationsplattform Discovery Möglich soll das durch eine Ausnutzung der Rechenleistung von Multi-Core- CPUs werden: Zeitkritische Aktivitäten verteilt das System auf mehrere CPU-Kerne. Darüber hinaus unterstützt die Plattform, die für das dritte Quartal 2009 angekündigt ist, analog/mixed-signal-design sowie die Sprachen Verilog- AMS, SystemVerilog, Verilog, VHDL und SystemC. Zum Portfolio von Synopsys gehört durch die Übernahme von Synplicity im vergangenen Jahr auch dessen Synthesewerkzeug Synplify in seinen unterschiedlichen Inkarnationen. Die Premier-Version ist Die Berichte der Sicherheitsexperten zeigen nicht nur, dass die Zahl der Hackerangriffe weiter steigt, sondern auch, dass die Kriminellen sich neuer Techniken und Kommunikationsanwendungen bedienen. ix extra beschreibt die aktuelle unter anderem für Designer gedacht, die einen FPGA-basierten ASIC-Prototyp erstellen wollen. Hat sich das Design im Labor und in der Kleinserie bewährt, kann man für die Massenfertigung die günstigeren ASICs einsetzen. Eine eigene Designmethode hat das Unternehmen Altium entwickelt ( Mit dem Altium Designer beginnen Ingenieure nicht mehr mit der Hardware, sondern können zunächst die Funktionen der Schaltung ausarbeiten und anschließend das erforderliche FPGA hinzufügen. Hierfür gibt es die rekonfigurierbare Hardware-Entwicklungsplattform Desktop NanoBoard. Dazu bietet das Unternehmen mehrere einsteckbare Daughterboards, zum Beispiel mit Alteras Cyclone-III- FPGAs oder Xilinx Virtex-4. So ist der Entwickler nicht an ein Bauteil eines bestimmten Unternehmens gebunden. Altium Designer erlaubt eine direkte C-to-Hardware-Synthese. Damit können Entwickler ein in ISO C/C++ geschriebenes Programm in synthetisierbaren RTL-Code umwandeln (Register Transfer Level) das Erlernen einer Hardware-Beschreibungssprache entfällt. Entwicklung, wie sich die isolierten Schadprogramme zu komplexen Bedrohungen, sogenannten Blended Threats, ändern, stellt die besonderen Herausforderungen der Sicherheit im Cloud Computing dar und zeigt, welche Schutzstrategien Das will auch National Instruments ( mit seinem Produkt LabView erreichen. Entwickler können ihre Hardware grafisch beschreiben, das Erlernen von VHDL oder Verilog bleibt ihnen erspart. LabView nutzt eine eigene Programmiersprache namens G. Fazit Schnelle Entwicklung, wenig Stromverbrauch, grafisches Design das sind die Trends, mit denen FPGA-Hersteller und EDA-Anbieter versuchen, Anforderungen an die Entwicklung programmierbarer Logikbausteine zu erfüllen. Sprachen wie SystemC oder grafisch geführte Design-Tools und Designmethoden, die immer wiederkehrende Schritte automatisieren, ergänzen die klassischen Hardware- Beschreibungssprachen wie VHDL oder Verilog. Ziel ist es, den Entwicklungs-, Simulations- und Verifikationsprozess bei der Entwicklung von programmierbaren Logikbausteinen zu verkürzen. (mr) Barbara Lange In ix extra 07/2009: Security Malware und die Sicherheitsstrategien der Unternehmen DIE WEITEREN IX EXTRAS: Unternehmen gegen die Gefahrenlage anwenden können. Ergänzt wird das Thema durch eine Marktübersicht mit Anbietern von Anti-Viren-Lösungen. Erscheinungstermin: 25. Juni 2009 Ausgabe Thema Erscheinungstermin 08/09 Storage Storage via Ethernet 23.ˇ07.ˇ09 09/09 Networking Sicher verbunden Virtual Private Networks 20.ˇ08.ˇ09 10/09 Embedded Systems Automotive Computing 17.ˇ09.ˇ09 VIII ix extra 6/2009