Hardware-Software-Co-Design (HSCD-VU)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Hardware-Software-Co-Design)
(Prüfungsordnungsmodul: Hardware-Software-Co-Design)

Lehrveranstaltungen:

• • Hardware-Software-Co-Design
    (Vorlesung, 2 SWS, Jürgen Teich, Di, 16:15 - 17:45, H5)
  • Übungen zu Hardware-Software-Co-Design
    (Übung, 2 SWS, Stefan Wildermann et al.)

Inhalt:

1. Überblick und Vergleich von Architekturen und Komponenten in Hardware/Software-Systemen.
2. Aufbau eines Compilers und Codeoptimierungsverfahren für Hardware und Software
3. Hardware/Software-Partitionierung (Partitionierung komplexer Systeme, Schätzungsverfahren, Performanzanalyse, Codegenerierung)
4. Interfacesynthese (Kommunikationsarten, Synchronisation, Synthese)
5. Verifikation und Cosimulation
6. Tafelübungen

Content: ------------------
1. Overview and comparison of architectures and components in hardware/software systems.
2. Compiler structure and code optimization methods for hardware and software.
3. Hardware/software partitioning (partitioning of complex systems, estimation methods, performance analysis, code generation)
4. Interface synthesis (communication modes, synchronization, synthesis)
5. Verification and co-simulation
6. Exercises and demonstrations with computer-aided design tools

Lernziele und Kompetenzen:

Zahlreiche Realisierungen eingebetteter Systeme (z.B. Mobiltelephone, Faxgeräte, Industriesteuerungen) zeichnen sich durch kooperierende Hardware- und Softwarekomponenten aus. Die Popularität solcher Realisierungsformen lässt sich begründen durch 1) die steigende Vielfalt und Komplexität heterogener Systeme, 2) die Notwendigkeit, Entwurfs- und Testkosten zu senken und 3) Fortschritte in Schlüsseltechnologien (Mikroelektronik, formale Entwurfsmethoden). Zum Beispiel bieten Halbleiterhersteller kostengünstige ASICs an, die einen Mikrocontroller und benutzerspezifische Peripherie und Datenpfade auf einem Chip integrieren.

Die Synthese solcher Systeme wirft jedoch eine Reihe neuartiger Entwurfsprobleme auf, insbesondere 1) die Frage der Auswahl von Hardware- und Softwarekomponenten, 2) die Partitionierung einer Spezifikation in Hard- und Software, 3) die automatische Synthese von Interface- und Kommunikationsstrukturen und 4) die Verifikation und Cosimulation.
Wissen
Die Studierenden erhalten Einblick in ein aktuelles Forschungsgebiet.
Verstehen
Die Studierenden verstehen Grundlagen des modernen Systementwurfs.
Die Studierenden erklären Implementierungsalternativen für digitale Hardware/Software-Systeme.
Anwenden
Die Studierenden wenden grundlegende Algorithmen an, zur Analyse und Optimierung von Hardware/Software-Systemen.

Learning goals and competencies: ------------------
Numerous implementations of embedded systems (e.g. mobile phones, fax machines, industrial controls) are characterized by cooperating hardware and software components. The popularity of such forms of implementation can be explained by 1) the increasing diversity and complexity of heterogeneous systems, 2) the need to reduce design and test costs and 3) advances in key technologies (microelectronics, formal design methods). For example, semiconductor manufacturers offer low-cost ASICs that integrate a microcontroller and user-specific peripherals and data paths on a single chip (System-on-Chip).

However, the synthesis of such systems raises a number of new design problems, in particular 1) the question of selecting hardware and software components, 2) partitioning a specification into hardware and software, 3) the automatic synthesis of interfaces and communication structures and 4) verification and co-simulation.

knowledge
Students gain insight into a current field of research.

comprehension

Students understand the basics of modern electronic system design.

Students explain implementation alternatives for digital hardware/software systems.

application

Students use basic algorithms to analyze and optimize hardware/software systems.

Wissen

• Die Studierenden erhalten Einblick in ein aktuelles Forschungsgebiet.

Verstehen

• Die Studierenden verstehen Grundlagen des modernen Systementwurfs.

• Die Studierenden erklären Implementierungsalternativen für digitale Hardware/Software-Systeme.

Anwenden

• Die Studierenden wenden grundlegende Algorithmen an, zur Analyse und Optimierung von Hardware/Software-Systemen.

Literatur:

Teich, J.; Haubelt, C.: Digitale Hardware/Software-Systeme: Synthese und Optimierung; Springer, Berlin; Auflage: 2. erw. Aufl. (2. März 2007)
Teich, J.: Hardware/Software-Architekturen. Ergänzendes Skriptum zur Vorlesung.
Gajski, D.: Specification and Design of Embedded Systems. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1994.

Bemerkung:

auch für Computational Engineering

Organisatorisches:

Die Auswahl dieses Moduls schließt die Auswahl des Moduls „Hardware-Software-Co-Design mit erweiterter Übung (HSCD-VEU)“ aus.

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | Bachelorprüfung | Technische Wahlmodule | Hardware-Software-Co-Design)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Hardware-Software-Co-Design (Prüfungsnummer: 34901)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Klausur (Dauer: 90 min) + erfolgreiche Teilnahme an den Übungen + erfolgreiche Bearbeitung aller Übungsaufgaben. Die Modulnote ergibt sich aus der Klausurnote.

Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019

1. Prüfer:

Jürgen Teich

Termin: 04.10.2018, 11:00 Uhr, Ort: H 9 TechF
Termin: 10.04.2019, 14:00 Uhr, Ort: H 8 TechF
Termin: 02.10.2019, 08:00 Uhr, Ort: H 9 TechF