Hardware-/ Software-CoDesign für eingebettete Systeme

Weiterbildungsprogramm Intelligente Eingebettete Mikrosysteme
Blended learning in Freiburg Im Breisgau

2.000 
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Wichtige informationen

  • Kurs
  • Blended
  • Freiburg im breisgau
  • Dauer:
    6 Monate
Beschreibung

Die Teilnehmer lernen Basis- und daraus konstruierte Teilkomponenten von eingebetteten Systemen kennen und können daraus resultierende Anforderungen an Schnittstellen und das Gesamtsystem erfassen. Sie lernen elementare Konzepte zum Entwurf, Kriterien für die Partitionierung in Hard-&Software und Anforderungen bzgl. Größe, Reaktionszeiten, Kosten & Energieverbrauch zu berücksichtigen.
Gerichtet an: Erfahrene Praktiker und Akademiker

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Veranstaltungsort(e)

Wo und wann

Beginn Lage
auf Anfrage
Freiburg Im Breisgau
Georges-Köhler Allee 10, 79110, Baden-Württemberg, Deutschland
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Häufig gestellte Fragen

· Voraussetzungen

Fachkräfte aus den Bereichen: Informatik, Mikrosystemtechnik, Elektronik, Elektrotechnik, Mechatronik oder verwandten Disziplinen!

Themenkreis

Dieses Weiterbildungsmodul richtet sich an alle, die sich mit mit Spezifikationsmechanismen für Eingebettete Systeme, der Entwurfsmethodik und der Hardware Eingebetteter Systeme aus Architektursicht und schaltungstechnischer Sicht beschäftigen möchten.

Das Modul besteht aus den folgenden drei Themengebieten:

Teil 1: Möglichkeiten zur Spezifikation Eingebetteter Systeme

Zunächst wird analysiert, welche Anforderungen solche Spezifikationsmechanismen idealerweise erfüllen sollten. Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, zu beurteilen, inwieweit in der Praxis verwendete Methoden diesen Anforderungen entsprechen.

Anhand von Statecharts sollen die Studierenden mit einem Spezifikationsmechanismus für Eingebettete Systeme vertraut werden, der in der Industrie (insbesondere in der Automobilindustrie) weit verbreitet ist und als Ausgangspunkt einer (häufig automatischen) Codegenerierung verwendet wird.

Danach wird mit VHDL eine Sprache vorgestellt, die in der Praxis überwiegend eingesetzt wird, um Hardwaresysteme zu beschreiben. Es wird vermittelt, welche Vorteile durch die Verwendung einer technologieunabhängigen, standardisierten Sprache entstehen, die es erlaubt, Spezifikationen auf verschiedenem Abstraktionslevel zu erstellen.

Die wesentlichen Unterschiede zu sequentiellen Programmiersprachen werden herausgearbeitet und es werden die Parallelen zur Semantikdefinition von Statecharts dargestellt.

Schließlich wird mit SystemC eine Sprache vorgestellt, die es erlaubt, sowohl Hardware als auch Software im gleichen Formalismus zu spezifizieren. Die Studierenden sollen lernen, welche Vorteile sich durch eine durchgängige Verwendung von SystemC sowohl bei der Erstellung einer ausführbaren Systemspezifikation als auch bei der schrittweisen Verfeinerung des Systems ergeben. Die wesentlichen über C++ hinausgehenden Sprachelemente von SystemC werden erläutert.

Der Umgang mit Statecharts, VHDL und SystemC wird jeweils anhand praktischer Übungen erlernt.

Teil 2:Implementierung von eingebetteten Systemen

Zunächst werden ausgehend von einem Überblick über die grundsätzlichen Fragen und Problemstellungen im Hardware/Software-Codesign die Synthese von Hardware und die damit verbundenen verschiedenen Entwurfsebenen behandelt. Dabei lernen die Studierenden, wie auf Basis einer Beschreibung auf hoher Abstraktionsebene (automatisch) „tatsächliche“ Hardware generiert werden kann.

In vielen eingebetteten Systemen wird Hardware dazu benutzt, Informationen aus der Umwelt aufzunehmen, zu verarbeiten und Aktionen vorzunehmen, die sich wiederum auf die Umwelt auswirken. Die für diese Loop-Struktur wesentlichen Hardware-Komponenten und ihr Zusammenspiel stehen anschließend im Mittelpunkt.

In diesem Zusammenhang spielt auch die Informationsverarbeitung eine wichtige Rolle. Verschiedene Kostenmaße und Realisierungsmöglichkeiten werden diskutiert, die zur Abwägung von Anforderungen bezüglich Performanz, Energieverbrauch, Qualität und weiterer Kriterien verwendet werden können.
Anschließend werden verschiedene Konzepte von Mikrocontroller-Prozessorarchitekturen vorgestellt. Hierbei werden insbesondere die spezifischen Eigenschaften herausgearbeitet, welche die Konzepte je nach Optimierungsziel für bestimmte Anwendungsdomänen besonders geeignet machen.

Das Ende des zweiten Teils des Moduls vermittelt Einblicke in Speicherarchitekturen für eingebettete Systeme. In diesem Kontext wird vor allem auf die Bedeutung von Scratchpads eingegangen und ein Überblick über die Methoden des Speichertests gegeben.

Teil 3: Hardware eingebetteter Systeme aus schaltungstechnischer Sicht

Den Ausgangspunkt bildet zunächst der Inverter als einfachstes Grundgatter der digitalen Schaltungstechnik.

Die fundamentalen Zusammenhänge zwischen den Entwurfsparametern und den Designzielen beim Inverter lassen sich auch auf komplexere Logikgatter anwenden. Daher wird das statische und dynamische Verhalten des am häufigsten verwendeten Inverter-Typs, des CMOS-Inverters, im Detail untersucht.

Es wird darüber hinaus gezeigt, wie sich die Entwurfsparameter auf die Designziele auswirken, welche Trade-Offs dabei entstehen, und wie die Dimensionierung von Logikschaltungen für vorgegebene Spezifikationen vorgenommen werden kann. Dabei werden die einzelnen Entwurfsschritte nachvollziehbar dargestellt. Diese beinhalten die Struktur und die Dimensionierung von CMOS-Schaltungen, spezielle MOS-Strukturen wie Transmission-Gates und dynamische Logikschaltungen, sowie den physikalischen Entwurf als Layout der Schaltungen.

Ebenfalls betrachtet wird die Implementierung sequentieller Schaltungen bis hin zum Mikroprozessor-Design. Auch die technische Realisierung von Speicher ist Gegenstand dieses Modulteils. Den Abschluss bildet die Erörterung von Platzierung, Verdrahtung und Energieversorgung von Schaltungsteilen auf einem Chip (ASIC).


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