Hardware-Engineering

Transkript

1 Universität Bielefeld Technische Fakultät AG Technische Informatik Seminar Hardware-Engineering 29. Juli 2004 Veranstalter Tim Köhler 1 1 tkoehler@techfak.

2 2 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 5 2 ASICs, CPLDs, FPGAs, FPGAs, FPAAs 11 4 Mikrocontroller 13 5 Übersicht, Entwurfsablauf, Modellierungsebenen, Spezifikation 15 6 Design-Eingabe, VHDL, Verilog, Synthese (Hauptübersetzungsschritte) 19 8 Physikalischer/Layout-Entwurf 21 9 Simulation Test Komplexe Systeme: System-on-Chip Anwendungen: CAM-Brain-Machine, Neuronale Netze auf FPGAs 29 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 3

4 Inhaltsverzeichnis 4 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

5 1 Einleitung Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 5

6 1 Einleitung Und nochmal: Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Und nochmal: Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Und nochmal: Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Und nochmal: Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Und nochmal: Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. 6 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

7 1 Einleitung Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Und nochmal: Es sollen die Methoden und Werkzeuge des Hardware-Engineering anhand ausgewälter Texte vermittelt werden. Im Unterschied zum Software-Engineering spielt hierbei sowohl die in der Entwicklung eingesetzte Hardware, als auch die Zielsystem-Hardware eine sehr große Rolle. Zu Beginn werden deshalb die verschiedenen Varianten programmierbarer (Digital-)Hardware (u.a. Mikrocontroller, ASICs, FPGAs, CPLDs) vorgestellt. Es folgen die in der Hardware- Entwicklung eingesetzten Design-Tools. Hierin enthalten sind insbesondere die hauptsächlich verwendeten (Hardware-) Beschreibungssprachen (u.a. VHDL, Verilog). Anschluß werden die Vorgehensweisen im Hardware-Engineering vorgestellt. Dies beinhaltet zum einen Methoden des Software-Engineering, zum anderen jedoch auch Hardware-spezifische Möglichkeiten. Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 7

8 1 Einleitung 8 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

9 2 ASICs, CPLDs, FPGAs,... Felix Hagemann Georg Sauthoff Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 9

10 2 ASICs, CPLDs, FPGAs, Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

11 3 FPGAs, FPAAs Martin Orlik Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 11

12 3 FPGAs, FPAAs 12 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

13 4 Mikrocontroller Jan Mikus Frank Schlomann Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 13

14 4 Mikrocontroller 14 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

15 Übersicht, Entwurfsablauf, Modellierungsebenen, Spezifikation 5 Lars Schillingmann Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 15

16 5 Übersicht, Entwurfsablauf, Modellierungsebenen, Spezifikation 16 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

17 Design-Eingabe, VHDL, Verilog,... 6 Frank Röchter Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 17

18 6 Design-Eingabe, VHDL, Verilog, Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

19 7 Synthese (Hauptübersetzungsschritte) Andreas Dziemba Andreas Rüter Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 19

20 7 Synthese (Hauptübersetzungsschritte) 20 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

21 8 Physikalischer/Layout-Entwurf Hendrik Hasenbein Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 21

22 8 Physikalischer/Layout-Entwurf 22 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

23 9 Simulation Sven Kanies Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 23

24 9 Simulation 24 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

25 10 Test Stefan Krüger Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 25

26 10 Test 26 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

27 11 Komplexe Systeme: System-on-Chip Henning Nitschke Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 27

28 11 Komplexe Systeme: System-on-Chip 28 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

29 12 Anwendungen: CAM-Brain-Machine, Neuronale Netze auf FPGAs Tim Köhler Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 29

30 12 Anwendungen: CAM-Brain-Machine, Neuronale Netze auf FPGAs 30 Universität Bielefeld, AG Technische Informatik

31 Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis [1] Göran Herrmann, Dietmar Müller: ASIC - Entwurf und Test. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag (2004), ISBN [2] Bleck, Goedecke, Huss, Waldschmidt: Praktikum des modernen VLSI-Entwurfs. B.G. Teubner, Stuttgart (1996) [3] D. Gajski, N. Dutt, A. Wu, S. Lin: High-Level Synthesis (Introduction to Chip and System Design). Kluwer (1993). [4] Keller, Paul: Hardware Design. B.G. Teubner, Leipzig (1997). [5] F. Nekoogar, F. Nekoogar: From ASICs to SOCs: A Practical Approach. Prentice Hall (2003). Universität Bielefeld, AG Technische Informatik 31