Komplexpraktikum Prozessorentwurf
Lehrbeauftragte / Ansprechpartner
Dipl.-Inf. P. Genßler
Bestandteil folgender Module:
INF-04-KP, INF-MA-PR, INF-VERT5, IST-05-KP
Häufigkeit:
Die Lehrveranstaltung wird im Winter- und im Sommersemester angeboten.
Zeit und Ort:
Zeit und Ort entnehmen sie bitte dem Lehrangebotskatalog der Fakultät Informatik.
Inhalt und Qualifikationsziele:
Es erfolgt die Vertiefung bereits erworbener Kenntnisse auf dem Gebiet der Rechnerarchitektur und des Systementwurfs. Ziel ist wahlweise:
- die Befehls-genaue Modellierung eines abgerüsteten MIPS- oder anderen Prozessorkerns für den Lehrstuhl-eigenen Prozessorsimulator. Modelle für Speicher und I/O-Geräte stehen bereits zur Verfügung. Mit Hilfe eines C-Testprogramms ist abschließend die korrekte Funktion des Gesamtsystems nachzuweisen.
- oder der Entwurf und die Implementierung eines einfachen eingebetteten Systems auf Basis eines abgerüsteten MIPS- oder anderen Prozessorkerns. Die Implementierung erfolgt mit Hilfe der Hardwarebeschreibungssprache VHDL für einen Altera Cyclone-III FPGA. Mit Hilfe eines C-Testprogramms ist abschließend die korrekte Funktion des Systems auf dem FPGA-Praktikumsboard Altera DE0 nachzuweisen. Für den Hardwareentwurf stehen die Werkzeuge von Altera zur Verfügung. Für den Softwareentwurf werden Compiler und Dissambler zur Verfügung gestellt. Ebenfalls bereitgestellt werden einzelne Komponenten des Systems: Hardwaremodule für den On-Chip-RAM und I/O-Komponenten, sowie das C-Testprogramm.
Gliederung:
- Einführungsseminar zur Vorstellung der Aufgabenstellung und zur Umsetzung der Modellierung im Prozessorsimualtor bzw. des Entwurfes auf FPGAs.
- Selbständige Einarbeitung in den Befehlssatz und der grundlegenden Struktur des MIPS oder selbst gewählten Mikroprozessors.
- Entwurf eines Konzepts für den gewählten Mikroprozessor.
- Je nach Aufgabenstellung:
- Modellierung des Prozessorkerns in der Hardwarebeschreibungssprache des Prozessorsimulators.
- Oder: Implementierung des Prozessorkerns in VHDL nebst geeigneter Testbenches für den Funktionstest der Teilkomponenten als auch deren Zusammenschaltung mittels Simulation.
- Zusammenstellung des Gesamtsystems, Test des Systems:
- im Prozessorsimulator beziehungsweise,
- im RTL-Simulator als auch auf dem Praktikumsboard
unter Verwendung des C-Testprogramms.
Literaturhinweise:
- Praktikumsunterlagen: Hinweise zum Prozessorentwurf, MIPS-Befehlssatzbeschreibung, Anleitung zu den Entwurfwerkzeugen, Dokumentation zum Praktikumsboard, vorgegebene Komponenten.
- Patterson; Henessy: Rechnerorganisation und -entwurf, 3. Auflage, 2005 (verfügbar in der SLUB)
- Henessy; Patterson: Computer architecture a quantitative approach, 2007, mehrbändig (verfügbar in der SLUB)
- MIPS RISC architecture R2000 / R3000 (A) (verfügbar in der SLUB)
- Kesel; Bartholomä: Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs, 2. Auflage, 2009 (verfügbar in der SLUB)
- Keating; Bricaud: Reuse Methodology Manual for System-on-a-Chip Designs, 3rd Edition, 2007, Springer
Art der Lehrveranstaltung:
Komplexpraktikum
Lehr- und Lernformen:
2 Semesterwochenstunden
Erwünschte Vorkenntnisse:
Grundkenntnisse in der Hardwareprogrammierung mit VHDL
Abschlussleistung:
- Schriftlicher Beleg zur Dokumentation des Prozessorentwurfs,
- Quellkode für die Prozessorbeschreibung,
- C-Quellkode für das Testprogramm,
- Vorführung des implementierten Systems.