Praktikum Digitaler ASIC-Entwurf (Blockpraktikum) (PrASIC-D)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Digital ASIC Design Lab)
(Prüfungsordnungsmodul: Laborpraktikum Digitaler ASIC-Entwurf)

Lehrveranstaltungen:

• • Praktikum Digitaler ASIC-Entwurf (Blockpraktikum)
    (Praktikum, 3 SWS, Anwesenheitspflicht, Jürgen Frickel, Blockveranstaltung 27.2.2023-3.3.2023 Mo-Fr, 9:00 - 17:00, P1 LIKE, S1 LIKE; Präsenz)

Empfohlene Voraussetzungen:

• Digitaltechnik (oder ähnliche Grundlagen-LV, z.B. TI-1)

• V+Ü "Hardware-Beschreibungssprache VHDL" (oder andere gleichwertige LVen)

• oder: nachgewiesene gute Kenntnisse/praktische Erfahrungen in VHDL, z.B. durch Praktikanten- oder Werkstudententätigkeit, intensives Eigenstudium, etc.

  Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:

  Hardware-Beschreibungssprache VHDL (SS 2022)

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Inhalt:

In diesem Praktikum wird jeweils in Zweiergruppen eine komplexe digitale Schaltung für ein FPGA entworfen, Entwurfsziel sind hardware- und grafikorientierte Anwendungen, die ohne Prozessor/Software als reine Hardware-Lösung entwickelt und realisiert werden müssen.
Hierzu müssen die Teilnehmer zu Beginn eine rudimentär vorgegebene Systemspezifikation analysieren, verbessern und verfeinern, eine Systemidee entwickeln, das geplante System partitionieren und auf Module aufteilen. Die angestrebten Lösungen werden in regelmässigen Kurzvorträgen mit der Gesamtgruppe dikutiert.
Die in der Hardware-Beschreibungssprache VHDL entworfenen Module können dann mit Hilfe des Entwurfswerkzeugs (aktuell: XILINX Vivado) spezifiziert, simuliert, verifiziert und abschließend für die Ziel-Hardware synthetisiert werden. Hierbei ist außer der Schnittstellenproblematik zwischen den Modulen auch der Aspekt des simulations- und testfreundlichen Entwurfs zu beachten.
Mit einer vorhandenen FPGA-Testumgebung (Evaluation/Education Board) wird der Funktions- und Systemtest auf realer Hardware durchgeführt.
Nach der Verifikation und Zusammenschaltung aller Module erfolgt ein abschließender Funktionstest und Bewertung (Größe, Geschwindigkeit, Funktionsumfang, Effizienz, etc.) der Schaltung in Form einer Demonstration vor der Gesamtgruppe.

Lernziele und Kompetenzen:

Fachkompetenz

Anwenden

Die Studierenden setzen die vorab (in einer anderen LV) erlernte Hardware-Beschreibungssprache VHDL in ihrem vollen Umfang zur Spezifikation und Implementierung eines komplexen, digitalen Systems ein.

Analysieren

Die Studierenden analysieren ein nur rudimentär beschriebenes digitales mikroelektronisches System, untersuchen mögliche Lösungsansätze und strukturieren diese Lösungsansätze in handhabbare Module.

Evaluieren (Beurteilen)

Die Studierenden diskutieren und bewerten im Rahmen von Kurzvorträgen eigene und fremde Lösungsvorschläge zum Systementwurf, vergleichen diese nach eigenen Kriterien, und wählen dann hiermit die besten Lösungen zur Realisierung aus.
Die Stduierenden bewerten nach Fertigstellung des Systementwurfs nach verschiedenen Kriterien (Größe, Geschwindigkeit=längster Pfad, Performance, Ästhetik, Code-Qualität) ihre und die anderen Entwürfe.

Erschaffen

Wegen der sehr knappen Auslegung der gegebenen Spezifikation der Systembeschreibung konzipieren die Studierenden ganz eigene, individuelle Lösungen für die Funktionsmodule und das Gesamtsystem.

Lern- bzw. Methodenkompetenz

Die Studierenden erlernen die Methodik zur Transformation einer Systemidee in eine digitale Realisierung.

Sozialkompetenz

Studierende erlernen, Problemstellungen in Gruppenarbeit gemeinsam zu lösen. Die Studierenden erarbeiten ihre Lösungen in Zweiergruppen und erläutern bzw. verteidigen diese in Kurzvorträgen gegenüber der Gesamtgruppe.

Literatur:

Frickel J.; Skript der LV "Hardware-Beschreibungssprache VHDL"
Xilinx; Handbuch Xilinx Vivado
Lehmann G.; Wunder B.; Selz M.: Schaltungsdesign mit VHDL. Poing Franzis 1994
Bleck Andreas: Praktikum des modernen VLSI-Entwurfs. Stuttgart Teubner 1996

Organisatorisches:

StudOn https://www.studon.fau.de/crs3210074.html

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2016s | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Gesamtkonto | Wahlbereiche, Praktika, Seminar, Masterarbeit | Praktikum oder Projektarbeit | Laborpraktikum Digitaler ASIC-Entwurf)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Laborpraktikum Digitaler ASIC-Entwurf (Prüfungsnummer: 75001)

Studienleistung, Praktikumsleistung, unbenotet, 2.5 ECTS

weitere Erläuterungen:
unbenotet, während des Praktikums je Zweier-Gruppe:

• 4 Zwischenpräsentationen (je 5 Min.)
  

• 1 Abschlusspräsentation mit Demonstration (10 Min.)

Nachbereitung je Zweier-Gruppe:

• 1 schriftliche Versuchs-Dokumentation (3-5 Seiten)
  

Praktikumsleistung: Erfüllung der Aufgabenstellung (60%), Präsentation der Ergebnisse (20%), Dokumentation der Ergebnisse (20%)

Erstablegung: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Jürgen Frickel