Hardware-Software-Co-Design mit erweiterter Übung (HSCD-VEU)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Hardware-Software-Co-Design with Extended Exercises)

Lehrveranstaltungen:

• • Hardware-Software-Co-Design
    (Vorlesung, 2 SWS, Jürgen Teich, Di, 16:15 - 17:45, H5)
  • Übungen zu Hardware-Software-Co-Design
    (Übung, 2 SWS, Stefan Wildermann et al.)
  • Erweiterte Übungen zu Hardware-Software-Co-Design
    (Übung, 2 SWS, Franz-Josef Streit)

Inhalt:

1.Überblick und Vergleich von Architekturen und Komponenten in Hardware/Software-Systemen.
2.Aufbau eines Compilers und Codeoptimierungsverfahren für Hardware und Software
3.Hardware/Software-Partitionierung (Partitionierung komplexer Systeme, Schätzungsverfahren, Performanzanalyse, Codegenerierung)
4.Interfacesynthese (Kommunikationsarten, Synchronisation, Synthese)
5.Verifikation und Cosimulation
6.Tafelübungen
7.Demonstrationen mit rechnergestützten Entwurfswerkzeugen und praktische Übungen

Content: ------------------
1. Overview and comparison of architectures and components in hardware/software systems.
2. Compiler structure and code optimization methods for hardware and software.
3. Hardware/software partitioning (partitioning of complex systems, estimation methods, performance analysis, code generation)
4. Interface synthesis (communication modes, synchronization, synthesis)
5. Verification and co-simulation
6. Exercises and demonstrations with computer-aided design tools

Lernziele und Kompetenzen:

Zahlreiche Realisierungen eingebetteter Systeme (z.B. Mobiltelephone, Faxgeräte, Industriesteuerungen) zeichnen sich durch kooperierende Hardware- und Softwarekomponenten aus. Die Popularität solcher Realisierungsformen lässt sich begründen durch 1) die steigende Vielfalt und Komplexität heterogener Systeme, 2) die Notwendigkeit, Entwurfs- und Testkosten zu senken und 3) Fortschritte in Schlüsseltechnologien (Mikroelektronik, formale Entwurfsmethoden). Zum Beispiel bieten Halbleiterhersteller kostengünstige ASICs an, die einen Mikrocontroller und benutzerspezifische Peripherie und Datenpfade auf einem Chip integrieren.

Die Synthese solcher Systeme wirft jedoch eine Reihe neuartiger Entwurfsprobleme auf, insbesondere 1) die Frage der Auswahl von Hardware- und Softwarekomponenten, 2) die Partitionierung einer Spezifikation in Hard- und Software, 3) die automatische Synthese von Interface- und Kommunikationsstrukturen und 4) die Verifikation und Cosimulation.
Learning goals and competencies: ------------------
Numerous implementations of embedded systems (e.g. mobile phones, fax machines, industrial controls) are characterized by cooperating hardware and software components. The popularity of such forms of implementation can be explained by 1) the increasing diversity and complexity of heterogeneous systems, 2) the need to reduce design and test costs and 3) advances in key technologies (microelectronics, formal design methods). For example, semiconductor manufacturers offer low-cost ASICs that integrate a microcontroller and user-specific peripherals and data paths on a single chip (System-on-Chip).

However, the synthesis of such systems raises a number of new design problems, in particular 1) the question of selecting hardware and software components, 2) partitioning a specification into hardware and software, 3) the automatic synthesis of interfaces and communication structures and 4) verification and co-simulation.

knowledge

Students gain insight into a current field of research.
comprehension

Students understand the basics of modern electronic system design.

Students explain implementation alternatives for digital hardware/software systems.

application

Students use basic algorithms to analyze and optimize hardware/software systems.

social competence

Students will collaboratively work together in groups on using current design tools for the specification, optimization, and prototyping of hardware/software systems.

Fachkompetenz

Wissen

• Die Studierenden erhalten Einblick in ein aktuelles Forschungsgebiet.

Verstehen

• Die Studierenden verstehen Grundlagen des modernen Systementwurfs.

• Die Studierenden erklären Implementierungsalternativen für digitale Hardware/Software-Systeme.

Anwenden

• Die Studierenden wenden grundlegende Algorithmen an, zur Analyse und Optimierung von Hardware/Software-Systemen.

Sozialkompetenz

• Die Studierenden benutzen aktuelle Entwurfswerkzeuge für die Spezifikation, Optimierung und Prototypisierung von Hardware/Software-Systemen bei der kooperativen Bearbeitung der erweiterten Übung in Gruppen.

Literatur:

Teich, J.; Haubelt, C.: Digitale Hardware/Software-Systeme: Synthese und Optimierung; Springer, Berlin; Auflage: 2. erw. Aufl. (2. März 2007)
Teich, J.: Hardware/Software-Architekturen. Ergänzendes Skriptum zur Vorlesung.
Gajski, D.: Specification and Design of Embedded Systems. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1994.

Bemerkung:

auch für Computational Engineering

Organisatorisches:

Die Auswahl dieses Moduls schließt die Auswahl des Moduls „Hardware-Software-Co-Design (HSCD-VU)“ aus.

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. 123#67#H
   (Po-Vers. 2008 | TechFak | Computational Engineering (Master of Science with Honours) | Masterprüfung | Wahlpflichtbereich Informatik | Hardware-Software-Co-Design)
2. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2007 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Bachelorprüfung | Technische Wahlmodule | Hardware-Software-Co-Design)
3. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Bachelorprüfung | Technische Wahlmodule | Hardware-Software-Co-Design)
4. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science) | Bachelorprüfung | Technische Wahlmodule | Hardware-Software-Co-Design)
5. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science)
   (Po-Vers. 2008 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science) | Masterprüfung | Wahlpflichtbereich Informatik | Hardware-Software-Co-Design)
6. Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science): ab 1. Semester
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Master of Science) | Wahlpflichtbereich Informatik | Wahlpflichtbereich Informatik)
7. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Hardware-Software-Co-Design)
8. Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer))
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Informatik (Bachelor of Arts (2 Fächer)) | Vertiefung Informatik I und II | Vertiefungsmodul Hardware-Software-Co-Design)
9. Informatik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009s | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Hardware-Software-Co-Design)
10. Informatik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2009w | TechFak | Informatik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtbereich (5. und 6. Semester) | Wahlpflichtmodule | Vertiefungsrichtung Hardware-Software-Co-Design)
11. Informatik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informatik (Master of Science) | Wahlpflichtbereich | Säule der systemorientierten Vertiefungsrichtungen | Vertiefungsrichtung Hardware-Software-Co-Design)
12. Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Schwerpunkte im Masterstudium | Schwerpunkt Multimediasysteme | Wahlpflichtmodule | Wahlpflichtmodul aus INF im Schwerpunkt Multimediasysteme)
13. Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2016s | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Schwerpunkte im Masterstudium | Schwerpunkt Multimediasysteme | Wahlpflichtmodule | Wahlpflichtmodul aus INF im Schwerpunkt Multimediasysteme)
14. Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2016s | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Wahlbereiche, Praktika, Seminar, Masterarbeit | Wahlmodule aus dem Angebot von EEI und Informatik)
15. Mathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Vertiefungsmodule | Vertiefungsrichtung Hardware-Software-Co-Design)
16. Mechatronik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
    (Po-Vers. 2009 | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Wahlpflichtmodule | 6 Eingebettete Systeme)
17. Mechatronik (Master of Science): 1-3. Semester
    (Po-Vers. 2012 | TechFak | Mechatronik (Master of Science) | M1-M2 Vertiefungsrichtungen | 6 Eingebettete Systeme)
18. Medizintechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Studienrichtung Medizinische Bild- und Datenverarbeitung | M2 Ingenieurwissenschaftliche Kernmodule (BDV))

Studien-/Prüfungsleistungen:

Hardware-Software-Co-Design (Vorlesung mit erweiterter Übung) (Prüfungsnummer: 292952)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17])

Prüfungsleistung, mehrteilige Prüfung, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Klausur (Dauer: 90 min) + erfolgreiche Teilnahme an den erweiterten Übungen (verpflichtend) + erfolgreiche Bearbeitung aller Übungsaufgaben. Die Modulnote ergibt sich aus der Klausurnote.

Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019

1. Prüfer:

Jürgen Teich

Hardware-Software-Co-Design (Prüfungsnummer: 34901)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [1], [2], [3], [4], [5])

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Klausur (Dauer: 90 min) + erfolgreiche Bearbeitung aller Übungsaufgaben. Die Modulnote ergibt sich aus der Klausurnote.

Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019

1. Prüfer:

Jürgen Teich

Termin: 04.10.2018, 11:00 Uhr, Ort: H 9 TechF
Termin: 10.04.2019, 14:00 Uhr, Ort: H 8 TechF
Termin: 02.10.2019, 08:00 Uhr, Ort: H 9 TechF

Erweiterte Übungen zu Hardware-Software-Co-Design (Prüfungsnummer: 34301)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [1], [2], [3], [4], [5], [16], [17])

Studienleistung, Übungsleistung, unbenotet, 2.5 ECTS

weitere Erläuterungen:
Kriterien für die Scheinvergabe: erfolgreiche Teilnahme an den erweiterten Übungen (verpflichtend).

Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019

1. Prüfer:

Jürgen Teich

Termin: 07.04.2020Termin: 07.04.2020Termin: 07.04.2020

Hardware-Software-Co-Design (Vorlesung mit erweiterter Übung) (Prüfungsnummer: 958291)

(diese Prüfung gilt nur im Kontext der Studienfächer/Vertiefungsrichtungen [18])

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Klausur (Dauer: 90 min) + erfolgreiche Teilnahme an den erweiterten Übungen (verpflichtend) + erfolgreiche Bearbeitung aller Übungsaufgaben. Die Modulnote ergibt sich aus der Klausurnote.

Erstablegung: SS 2018, 1. Wdh.: WS 2018/2019

1. Prüfer:

Jürgen Teich