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Informatik DFG foerdert FAU-Projekt
Automatisierter Hard-und Softwareentwurf fuer Multimedia-Kommunikation
Die hohe Komplexitaet moderner elektronischer Systeme und die immer kuerzer werdenden Produktzyklen machen es zunehmend erforderlich, den Entwurfsprozess derartiger Systeme zu automatisieren. In den letzten Jahren wurden viele Entwurfswerkzeuge sowohl fuer den automatischen Entwurf von Hardwarekomponenten als auch fuer die Validierung und die Implementation von Softwaresystemen entwickelt. Leistungsaspekte des Systems, wie z.B. Antwortzeiten und Durchsatz, koennen mit den heute gaengigen Methoden und Entwurfswerkzeugen jedoch nicht beschrieben werden. Um den Entwurf von gemischten Hard- und Softwaresystemen im Telekommunikationsbereich zu verbessern, werden am Lehrstuhl fuer Rechnerarchitektur und -Verkehrstheorie (Prof. Dr.-Ing. Ulrich Herzog) der Universitaet Erlangen-Nuernberg eine Entwurfsmethodik und ein Prototypensystem fuer Multimedia-Kommunikationssysteme entwickelt. Das DFG-gefoerderte Projekt wird bearbeitet von Dipl.-Inf. Matthias Doerfel, Dipl.-Ing. Frank Slomka und Dipl.-Inf. Simone Spitz.
Die Funktionalitaet eines Kommunikationssystems kann mit Hilfe einer formalen Systembeschreibungssprache (SDL) spezifiziert werden. Dadurch ist es moeglich, bereits in fruehen Entwurfsphasen die korrekte Funktion des Systems sicherzustellen. Aus einer solchen formalen Spezifikation kann dann automatisch die Realisierung des Systems (Implementation) abgeleitet werden. Leider ist es zur Zeit nicht moeglich, Zeit- und Leistungsaspekte mit in die Spezifikation einzubringen. Diese werden somit bei der automatischen Systemimplementation auch nicht beruecksichtigt. Da Hardware und Software ebenfalls getrennt voneinander entwickelt werden, kann dies im schlimmsten Fall dazu fuehren, dass das System die geforderte Leistung nicht oder nur teilweise erreicht. Ein dann erforderlicher Neuentwurf des Systems kann, bedingt durch die kurzen Produktzyklen, den mit dem neuen Produkt erwarteten Gewinn eines Unternehmens vollstaendig zunichte machen. Deshalb ist es erforderlich, Methoden und Werkzeuge zu entwickeln, die sowohl die Spezifikation von funktionalen als auch von Leistungsaspekten ermoeglichen.
Am Lehrstuhl wird eine komplette, mit Werkzeugen unterstuetzte Entwurfsmethodik entwickelt. Dazu gehoeren Werkzeuge zur automatischen Hardware- und Software-Partitionierung, zur automatischen Implementation der Hard- bzw. Software und eine frei durch die Werkzeuge konfigurierbare Hardwareplattform (Rapid Prototyping System). Hardware- und Softwareimplementierungen unterscheiden sich im wesentlichen im Hinblick auf die spaetere Ausfuehrungsgeschwindigkeit bzw. Flexibilitaet bei spaeteren Modifikationen des Systems. So sind Hardwarekomponenten wesentlich schneller als Softwaremodule, aber wesentlich unflexibler bei spaeteren Funktionsaenderungen.
Von der Sprache zum System
Die formale Spezifikation, bestehend aus einer um Leistungsmerkmale erweiterten Systembeschreibungsprache und einer ebenfalls erweiterten Sprache zur Beschreibung von vorgegebenen Systemablaeufen, wird zunaechst auf die prinzipielle Realisierbarkeit hin untersucht werden. Dazu muss ermittelt werden, an welchen Stellen der Spezifikation sich widersprechende Anforderungen definiert wurden. Der Entwicklungsingenieur wird anschliessend vom Analysewerkzeug Hinweise zur Verbesserung der Systembeschreibung erhalten. Die so ueberpruefte Spezifikation wird dann, zur Abschaetzung der Programmlaufzeiten auf verschiedenen Hardwarebausteinen, in ihre Module zerlegt. Jedes dieser Module wird versuchsweise auf Bausteine aus einer Komponentenbibliothek abgebildet. Auf diese Weise kann das Systemverhalten fuer verschiedenste Hardwarekomponenten und -aufbauten ermittelt werden.
In einer nachfolgenden Optimierung wird nun der kostenguenstigste Systemaufbau fuer die geforderten Bedingungen ermittelt. Dabei ist eine Entscheidung bezueglich der Hardware und Software-Partitionierung, also welche Systemteile in Hardware und welche in Software realisiert werden sollen, zu treffen. Dies schliesst die Auswahl geeigneter und kostenguenstiger Hardwarekomponenten ein. Nachdem eine optimale Loesung gefunden wurde, werden die Hard- und Softwareteile auf ein freikonfigurierbares Prototypensystem abgebildet. Das System besteht aus mehreren freiverschaltbaren Prozessoren und freiprogrammierbaren Spezialbausteinen (FPGA). Die Hardwareteile der Spezifikation werden mit einer Hardwarebeschreibungsprache beschrieben und mit Hilfe automatischer CAD-Werkzeuge in die FPGAs geladen. Die Umsetzung (Synthese) aus der Spezifikation in die Hardwarebeschreibungssprache (VHDL) erfolgt automatisch. Ebenfalls automatisch wird die Software auf das Mehrprozessorsystem abgebildet. Der nun konfigurierte Prototyp kann mit Hilfe bereits am Lehrstuhl entwickelter Messwerkzeuge (ZM4) analysiert und bewertet werden. Dies gibt dem Entwickler und/oder dem Optimierungswerkzeug die Moeglichkeit, das System an entscheidenden Stellen zu verbessern. Die Reimplementation des verbesserten Entwurfs kann dabei, bedingt durch die freie Konfigurierbarkeit des Prototyps und durch die automatische Umsetzung, sofort und ohne Wartezeiten erfolgen.
Nach erfolgreich absolviertem Systemtest auf dem Prototypsystem kann nun die Entwicklung der Produkthardware und -software aus den vorliegenden Konstruktionsdaten erfolgen. Durch die Verwendung der international genormten Hardwarebeschreibungssprache VHDL ist es zum Beispiel moeglich, bei einem Halbleiterhersteller spezielle Hardwarebausteine (ASICs) in Auftrag zu geben.
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Herzog, Lehrstuhl fuer Rechnerarchitektur und -Verkehrstheorie, Martensstr. 3, 91058 Erlangen, Tel.: 09131/85 -7411, Fax: 09131/85 -7409, E-Mail:herzog@informatik. uni-erlangen.de, WWW: http://www7.informatik.uni-erlangen.de/RP
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Informationstechnik
überregional
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