Lösung einer praktischen Aufgabe aus dem Bereich des HW-SW Codesign - Entwurf, Inbetriebnahme und Optimierung eines Gesamtsystems aus Prozessor, selbst entworfenen HW-Modulen (auf FPGA), Software (incl. Treibern). Didaktisches Vorgehen: Die Aufgabe besteht darin, die vorgegebene Applikation auf dem FPGA zu Implementieren. Typischerweise wird dabei eine reine Softwarelösung erstellt, deren Performanz sehr wahrscheinlich das vorgegebene Minimum nicht erreichen wird. In nächster folge werden Schwachstellen in einer geeigneten Analyse identifiziert und systematisch beseitigt. Beispiele für notwendige Schritte sind:
- Codeoptimierung (auf C-Ebene)
- Funktionen, die der Compiler nicht gut genug Optimiert, in Assembly neu schreiben
- Applikationspezifische Befehle für häufig ausgeführte Operationen zum Befehlssatz des Prozessors hinzufügen
- Funktionen in Hardware auslagern (dafür entsprechende Module (finden oder) entwerfen und einbinden)
Dazu erforderliches Wissen beinhaltet insbesondere:
- VHDL Hardware Design
- C Software Entwicklung
- Rechnerstrukturen - Befehlsatz, Pipelining, Speicheraufteilung (SRAM, DRAM, I-/D-Cache, Scratchpad, Register)
- Verständnis von Algorithmen - Loop unrolling, Pipelining, Parallelisierung
Zu Beginn des Semesters ist eine kleine Aufgabe, in Einzelarbeit zu lösen, deren Ziel es ist die Entwicklungsumgebung kennen zu lernen. Die Umgebung umfasst die bereitgestellte Entwicklungsplatform (Terasic DE2-115), die verwendeten Software Tools (Altera Quartus, QSYS, NiosII-IDE) und den verwendeten Prozessor (NiosII) mit seinen Anbindungsmöglichkeiten (Avalon-Bus, Custom Instructions).
Darauf folgt eine Projektphase die in Dreiergruppen bearbeitet wird. Anfang Dezember gibt es eine Projektsstatuspräsentation in der das Lösungskonzept und der aktuelle Stand der Umsetzung vorgestellt wird (eine vollständig lauffähige Version ist zu diesem Zeitpunkt noch nicht erforderlich). Das Ziel dieser Präsentation ist die Bewertung des Konzeptes und der Präsentation. Zusätzlich soll damit eine Möglichkeit geboten werden, Feedback durch die anderen Gruppen zu erhalten.
Der Projektabschluss erfolgt durch ein Abgabegespräch am Ende des Semesters. Dessen Inhalt sind Implementierungsdetails inklusive deren theoretischen Grundlagen (z.B. Algorithmen). Des weiteren erfolgt eine abschließende Projektpräsentation, inklusive Diskussion, mit allen Gruppen.
Bei der Einzelarbeit können 15 Punkte erreicht werden, wobei mindestens 8 Punkte für einen positiven Abschluss der Lehrveranstaltung notwendig sind. Auf die Zwischenpräsentation können 35 Punkte erreicht werden. Die restlichen 50 Punkten werden bei Projektabschluss vergeben. (ACHTUNG: Einzelne Gruppenmitglieder können unterschiedlich bewertet werden).
Für besonders performante Lösungen ist die Vergabe von Bonuspunkten vorgesehen.
Der Notenschlüssel ist (S1) bis 87,5 P., (U2) bis 75 P., (B3) bis 62,5 P., (G4) bis 50 P., (N5) darunter.
