5 Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 5.1 Technologische Trends Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 1
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Rechnergestützter Schaltungs-(System)Entwurf Modellierung, Simulation, Synthese, Verifikation Hardware Description Language (HDL) VHDL, Verilog, (SystemC, HardJava) Design Productivity Gap Electronic Design Automation (EDA) Design by Reuse Intellectual Property (IP) System on Chip (SoC) Hardware Software Co Design Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 14
5.2 Digitale Logik-Bauelemente Standard-ICs (vom Hersteller entworfen, hergestellt und auf freiem Markt vertreiben; z.b.: µprozessoren, Speicher, Controller, Vielfältige Anwendungen Anwendungspezifische ICs (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) (nur für einen Kunden entworfen und hergestellt) Anwendungsspezifische Standardprodukte (ASSP, Application Specific Standard Products) (für bestimmte Anwedungen, für mehrere Kunden) Anwenungsspezifische programmierbare Produkte (ASPP, Application Specific Programmable Products) (festverdrahtete Elementevon Standardprodukten mit Bereichen von programmierbarer Logik) Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 15
Klassifizierung nach Entwurfsablauf Digitale Schaltung Programmierbare Logikbauelemente (PLD) Festverdrahtete Logikbauelemente SPLD CPLD FPGA Semi-Custom Full-Custom Maskenprogrammierbare Bauelemente Zellorientierte Bauelemente Festwertspeicher Gate Array Embedded Array Standardzellen SPLD Simple Programmable Logic Devices CPLD - Complex Programmable Logic Devices FPGA Field Programmable Gate Arrays Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 16
Klassifizierung nach Programmierbarkeit One-Time-Programmable (OTP) In-System-Progammable (ISP) EEPROM Fuse Anti Fuse SRAM dynamische partielle Reprogrammierbarkeit Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 17
5.3 Einführung in VHDL Very high speed integrated circuits Hardware Description Language IEEE Std. 1076-1987 (bzw. IEEE Std. 1076-1993) Literaturhinweise: - Tutorial von UNI-Erlangen (http://www.e-technik.uni-erlangen.de/~vhdl/) - VHDL und mehr; Prof. Dr. Jürgen Bäsig; Mentor Graphics GmbH - VHDL; Douglas L. Perry; McGraw-Hill, Inc. - Abstrakte Modellierung digitaler Schaltungen; Klaus ten Hagen; Springer (1995) - VLSI-Entwurf; Thomas Kropf; Int. Thomson Publishing (1995) - VHDL for Programmable Logic; Kevin Skahill; Addison-Wesley (1996) - Vom Gatter zu VHDL; Martin V. Künzli; vdf Hochschulverlag an der ETH Zürich (1997) - VHDL-Synthese; J. Reichardt, B. Schwarz; Oldenbourg (2000) Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 18
Motivation: Hardwarelösungen oft vorteilhaft (gegenüber Software) (Verarbeitungsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Leistungsverbrauch, Sicherheit,...) Produktivitätssteigerung (aus ten Hagen) Immer kürzere Produktzyklen Technologischer Fortschritt (Integrationsdichte, neue Technologien z.b. MDRAM) Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 19
Entwurfsablauf (aus Kropf) Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 20
VHDL unterstützt alle Abstraktionsebenen (Behavorial Structural Gates) - nicht alles ist synthetisierbar - oft sind Verfeinerungen erforderlich Unterstützte Prinzipien: Top-down-Design (Modellieren von Modulen auf hoher Ebene; analysieren bzw. simulieren vor Design- Implementierung) Modularität (Aufteilung in kleinere Einheiten, bessere Verwaltung und Übersichtlichkeit) Abstraktion (Hierarchisches Design, unterschiedliche Implementierungen) Einheitlichkeit (bessere Lesbarkeit) Verbergen der Information (Schutz proprietärer Informationen) Richard Roth / FB Informatik und Mathematik Rechnergestützte Schaltungsentwicklung 21