Programmierbare Schaltkreise
Lehrbeauftragte / Ansprechpartner:
Dr.-Ing. M. Zabel
Zeit: Die Lehrveranstaltung findet im Sommersemester statt.
Vorlesung und Übung
Zielstellung: Das im Fach Grundlagen der Technischen Informatik erworbene Wissen über den Schaltungsentwurf (Schaltnetze, Schaltwerke) wird durch anwenderprogrammierbare Schaltkreise (field-programmable ICs) erweitert. In dieser Klasse stehen SPLDs, CPLDs und FPGAs in verschiedenen Größenordnungnen zur Verfügung mit denen sich einfache Schaltungen bis hin zu komplexen Systemen auf einem Chip realisieren lassen. Insbesondere die FPGAs integrieren dedizierte Hard-Makros, z.B. Speicher, DSP-Blöcke und Gigabit-Transceiver, für höchste Anforderungen. Durch die mehrfache Programmierbarkeit entstehen insbesondere keine Prototypenkosten. Typische Anwendungsfälle sind Prototypen im Hardware-Software-Codesign und Serienfertigung mit kleinen bis mitteleren Stückzahlen. Daher ist es notwendig, dass die zukünftigen Ingenieure mit diesen Bausteinen theoretisch und praktisch vertraut gemacht werden. Im Rahmen der Lehrveranstaltung werden typische Komponenten mit VHDL entworfen.
Gliederung:
- Einführung, Klassifikation von ICs und programmierbarer Schaltkreise
- Aufbau und Funktionsweise von FPGAs
- Grundlagen des Schaltkreisentwurfs mit VHDL
- Entwurf von Arithmetik-Komponenten
- Entwurf einfacher und komplexer Automaten
- Ausblick: Alternative Entwurfsmethoden
Übung Die Übungen der LV bauen aufeinander auf. Sie umfassen neben theoretischen Aufgaben auch praktische Anteile und werden im Labor durchgeführt. Es werden mehrere Entwurfsaufgaben mit VHDL gelöst. Die Funktionsfähigkeit wird mittels Simulation und praktischem Test auf einem FPGA-Versuchsboard von Altera überprüft.
Literaturhinweise:
- M. Zabel: Vorlesungsskript zur LV Programmierbare Schaltkreise (sowie Praktikumsunterlagen)
- F. Kesel, R. Bartholomä: Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs. 2. Auflage, Oldenbourg Verlag München, 2009, ISBN 978-3-486-58976-4
- C. Maxfield: FPGAs / World Class Designs. Elsevier Oxford, 2009, ISBN 978-1-85617-612-7
- G. Herrmann/ D.Müller: ASIC-Entwurf und Test. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag 2004; ISBN 3-446-21709-6
- M. Wannemacher : Das FPGA - Kochbuch. Int. Thompson Publ., 1998
- M. Künzli, M. Meli: Vom Gatter zu VHDL. 3. Auflage, vdf Verlag Zürich, 1997, ISBN 978-3-7281-3125-6
Studiengang / Zeitliche Einbindung:
- Bachelor Informatik (6. Semester)
- Diplom Informatik nach SO 2004 oder älter (5. oder 7. Semester)
- Diplom Informationssystemtechnik nach SO 2009 oder älter (5. oder 7. Semester)
Zuordnung zum Fachgebiet bzw. zum Modul:
- Bachelor Informatik: INF-B-520
- Diplom Informatik nach SO 2004 oder älter: Fachgebiet Technische Informatik
- Diplom Informationssystemtechnik nach SO 2009 oder älter: Fachgebiet Technische Informatik
Umfang: 1 Semesterwochenstunde Vorlesung, 1 Semesterwochenstunde Übung
Erwünschte Vorkenntnisse: Grundlagen der Technischen Informatik, Grundlagen Digitaltechnik Form des Abschlusses:
- Bachelor Informatik: Einzelprüfung über 2 SWS.
- Diplom Informatik (SO 2004 oder älter): Teil einer Komplexprüfung.
- Diplom Informationssystemtechnik (SO 2009 oder älter): Einzelprüfung über 2 SWS.
Zulassungsbedingung zur Prüfung: Fristgemäße Abgabe des Übungsprotokolls.
Fortsetzung der Lehrveranstaltung: Haupt-/Masterstudium: Einführung in die Technische Informatik (Modul INF-BAS5) im Wintersemester