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Fachreferat von Mathias Herbst Quelle: www.wikipedia.org.

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Präsentation zum Thema: "Fachreferat von Mathias Herbst Quelle: www.wikipedia.org."—  Präsentation transkript:

1 Fachreferat von Mathias Herbst Quelle:

2 Gliederung Definition Rahmenbedingungen Aufbau Entwicklungsschritte

3 Definition : Bei eingebetteten Systemen handelt es sich um Rechenmaschinen die, für den Benutzer weitestgehend unsichtbar, in elektrischen Maschinen eingebettet sind. Diese Rechenmaschinen stimmen im grundsätzlichem Aufbau mit der Funktionsweise eines normalen Desktop Rechners überein, sind jedoch je nach geforderter Funktion unterschiedlich.

4 Definition : Erläuterung anhand des Routers Teledat 631 (Hardware): 4x RJ-45 ADM 6996 Switch Controller AR7WRD Router Controller Winbond W981216DH SD-RAM Intel TE28F160 Flash ROM Datenbus Adressbus Steuerbus 1x RJ-11 MII DSL

5 Definition : Erläuterung anhand des Routers Teledat 631 (Software):

6 Rahmenbedingungen : Embedded Systeme führen eine Funktion wiederholt aus (Routingentscheidungen des Teledat). Embedded Systeme sind an enge Randbedingungen gebunden im Bezug auf Produktionskosten, Größe,... (Größe und Kosten z.B. bei einem MP3 Spieler). Embedded Systeme reagieren in Echtzeit auf Ihre Umwelt. (ABS bei einem Auto). Man unterscheidet hier zwischen harter und weicher Echtzeit.

7 Grundsätzlicher Aufbau Technische Daten des AR7WRD: MIPS 32 Bit RISC Prozessor USB Controller ADSL 2+ Steuerlogik PHY und MII Ethernet AR7WRD Router Controller ADM 6996 Switch Controller Winbond W981216DH SD-RAM Intel TE28F160 Flash ROM ASIC Komponenten IC Komponenten

8 ASIC Komponenten IC Komponenten Application Specific Integrated Circuit: ASICs sind ICs, die nur für die Anwendung in einem bestimmten Produkt entwickelt und produziert werden. Integrated Circuit: ICs, stellen im Gegensatz dazu eine Lösung für den Markt dar. Grundsätzlicher Aufbau

9 ASIC Komponenten Grundsätzlicher Aufbau Beispiel für einen ASIC Baustein (hier AR7 Baureihe Texas Instruments)

10 ASIC Komponenten Grundsätzlicher Aufbau Beispiel für einen IC Baustein (Microchip PIC16F62X Baureihe)

11 Standard-Analog Standard-Logik Standard-ICs Mikroprozessoren FPGAs Speicher RAM/ROM ASICs Semi CustomFull Custom Quelle: Hardware-Software-Codesign, Vieweg Verlag Grundsätzlicher Aufbau StandardzellenGate ArrayMakrozellen

12 Grundsätzlicher Aufbau Die Abkürzung FPGA steht für Field Programmable Gate Array er stellt einen programmierbaren IC dar, auf dem einfache bis komplexe logische Schaltungen (Mikroprozessoren, Ethernetcontroller, Addierer,...) mit Hilfe von Hardwarebeschreibungssprachen abgebildet werden können. Man unterscheidet zwischen wiederverwendbaren nicht wiederverwendbaren und FPGAs.

13 Grundsätzlicher Aufbau Wiederverwendbar Nicht Wiederverwendbar Programmierbare Logikbausteine SRAM EEPROM EPROM AntifusedFused Link

14 Quelle: FPGA SRAM basierend: Grundsätzlicher Aufbau Logic Block Routing Channel I/O Pad

15 Quelle: FPGA SRAM basierend: Grundsätzlicher Aufbau Logic Block Die Routing Logik belegt bis zu 90% der Fläche eines FPGAs.

16 Spartan PlatformGatesI/OsLogic Cells Embedded Multipliers Voltage Spartan-3A1.4M50225, x183.3V - 1.2V Spartan-3E1.6M37633, x183.3V - 1.2V Spartan-35M78474, x183.3V - 1.2V Spartan-IIE600K51415,552–3.3V - 1.5V Spartan-II200K2845,292–3.3V - 1.5V Spartan-XL40K2241,862–3.3V Grundsätzlicher Aufbau Xilinx Spartan FPGAs im Vergleich:

17 Grundsätzlicher Aufbau Anwendung von FPGAs: Bild: Im Parallelrechner COPACABANA der Universitäten Bochum und Kiel werden 120 FPGAs eingesetzt um die DES Verschlüsselung zu brechen. Die FPGAs sind vom Typ Spartan3(1000).

18 Grundsätzlicher Aufbau -Vollständig gefertigter IC, es sind keine Anpassungen mehr möglich. Full Custom ASIC: -Teilweise vorgefertigte Schaltungen. Es bleibt die Möglichkeit Verdrahtungen oder Schaltungen anzupassen. Semi Custom ASIC:

19 Grundsätzlicher Aufbau Gate Arrays: -weisen ähnliche Strukturen auf wie FPGAs - auf einem Master befinden sich Ein-/ Ausgangsstufen und Logikgatter - durch die Verdrahtung der Gatter wird die Funktion der Schaltung festgelegt Bild:

20 Grundsätzlicher Aufbau Standardzellen: -weisen keine vorgefertigten Strukturen auf -Grundfunktionen sind in Bibliotheken abgelegt (z.B. Logikgatter) Makrozellen: -vereinen die Vorteile von Gate Arrays und Standardzellen

21 MikroprozessorDigitale Beschaltung ASIC IC oder Mikroprozessor + Digitale Beschaltung ASIC =>System on a chip <= Grundsätzlicher Aufbau

22 Entwicklungsschritte Bei der Entwicklung von Embedded Systemen sind zwei Arten der Softwareentwicklung zu unterscheiden: Die Entwicklung von Hardware Layouts : Sie erfolgt über die Hardwarebeschreibungssprachen (z.B. VHDL*, Verilog) Die Entwicklung der Software : Durch Cross Compiling in höheren Programmiersprachen (C, C++, Java) wird der Quellcode für Embedded Systeme erzeugt. Da die Softwareentwicklung mit Embedded C den Schwerpunkt der Seminarwoche am Spitzingsee bildet, werde ich in diesem Referat nicht weiter auf diesen Punkt eingehen. *Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language

23 Entwicklungsschritte 1. Schritt: ASIC Spezifikation Quelle: 2. Schritt: ASIC Kodierung 3. Schritt: ASIC Synthese 4. Schritt: ASIC Layout 5. Schritt: ASIC Produktion HDL Hardwarebeschreibungssprachen

24 Entwicklungsschritte Quelle: Hardwarebeschreibungssprachen

25 Entwicklungsschritte Hardwarebeschreibungssprachen (am Beispiel VHDL) library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED; entity count2 is Port ( clk:instd_logic; S1,S0:outstd_logic); end count2; architecture behavioral of count 2 is begin process(clk) variable Q:std_logic_vector(1 downto 0); begin if rising_edge(clk) then Q:=Q+1; S0<=Q(0); S1<=Q(1); end if; end process; end behavioral;

26 Entwicklungsschritte Hardwarebeschreibungssprachen Durch HDL erzeugte Schaltungen werden als Intellectual Property bezeichnet. Diese IP Cores können in Form von Softcores und Hardcores beim FPGA bzw. ASIC Entwurf genutzt werden.

27 FRAGEN? Quellen:www.andreas-schwope.de Hardware-Software-Codesign, Vieweg Verlag, ISBN


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