Digital Design
5 Rechnergestützte Schaltungsentwicklung
5.1 Technologische Trends
Digital Design
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Æ Rechnergestützter Schaltungs-(System)Entwurf Modellierung, Simulation, Synthese, Verifikation
Hardware Description Language (HDL) VHDL, Verilog, (SystemC, HardJava)
Design Productivity Gap
Electronic Design Automation (EDA)
Design by Reuse
Intellectual Property (IP)
System on Chip (SoC)
Hardware Software Co Design
Digital Design
5.2 Digitale Logik-Bauelemente
Standard-ICs
(vom Hersteller entworfen, hergestellt und auf freiem Markt vertreiben; z.B.:
µProzessoren, Speicher, Controller,…Vielfältige Anwendungen
Anwendungspezifische ICs (ASIC, Application Specific Integrated Circuit) (nur für einen Kunden entworfen und hergestellt)
Anwendungsspezifische Standardprodukte (ASSP, Application Specific Standard Products)
(für bestimmte Anwedungen, für mehrere Kunden)
Anwenungsspezifische programmierbare Produkte (ASPP, Application Specific Programmable Products)
(festverdrahtete Elementevon Standardprodukten mit Bereichen von programmierbarer Logik)
Digital Design
Klassifizierung nach Entwurfsablauf
Digitale Schaltung
Programmierbare Logikbauelemente (PLD) Festverdrahtete Logikbauelemente
SPLD CPLD FPGA Semi-Custom Full-Custom
Maskenprogrammierbare Bauelemente Zellorientierte Bauelemente
Festwertspeicher Gate Array Embedded Array Standardzellen
SPLD – Simple Programmable Logic Devices CPLD - Complex Programmable Logic Devices FPGA – Field Programmable Gate Arrays
Digital Design
Klassifizierung nach Programmierbarkeit
One-Time-Programmable (OTP) In-System-Progammable (ISP) EEPROM
Fuse Anti Fuse SRAM
dynamische partielle Reprogrammierbarkeit
Digital Design
5.3 Einführung in VHDL
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anguageIEEE Std. 1076-1987 (bzw. IEEE Std. 1076-1993) Literaturhinweise:
- Tutorial von UNI-Erlangen (http://www.e-technik.uni-erlangen.de/~vhdl/)
- VHDL und mehr; Prof. Dr. Jürgen Bäsig; Mentor Graphics GmbH - VHDL; Douglas L. Perry; McGraw-Hill, Inc.
- Abstrakte Modellierung digitaler Schaltungen; Klaus ten Hagen; Springer (1995) - VLSI-Entwurf; Thomas Kropf; Int. Thomson Publishing (1995)
- VHDL for Programmable Logic; Kevin Skahill; Addison-Wesley (1996)
- Vom Gatter zu VHDL; Martin V. Künzli; vdf Hochschulverlag an der ETH Zürich (1997)
- VHDL-Synthese; J. Reichardt, B. Schwarz; Oldenbourg (2000)
Digital Design Motivation:
• Hardwarelösungen oft vorteilhaft (gegenüber Software)
(Verarbeitungsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Leistungsverbrauch, Sicherheit, ...)
• Produktivitätssteigerung
(aus ten Hagen)
• Immer kürzere Produktzyklen
• Technologischer Fortschritt
(Integrationsdichte, neue Technologien z.B. MDRAM)
Digital Design
Entwurfsablauf
(aus Kropf)
Digital Design
VHDL unterstützt alle Abstraktionsebenen (Behavorial – Structural – Gates) - nicht alles ist synthetisierbar
- oft sind Verfeinerungen erforderlich
Unterstützte Prinzipien:
Top-down-Design
(Modellieren von Modulen auf hoher Ebene;
analysieren bzw. simulieren vor Design- Implementierung)
Modularität
(Aufteilung in kleinere Einheiten, bessere Verwaltung und Übersichtlichkeit)
Abstraktion
(Hierarchisches Design, unterschiedliche Implementierungen) Einheitlichkeit
(bessere Lesbarkeit)
Verbergen der Information
(Schutz proprietärer Informationen)
