AES Bachelor Projekt

Zielgruppe

Hauptzielgruppe sind Bachelor Studierende der Studiengänge Informatik, Technische Informatik und Elektrotechnik. Wir stehen aber auch für alle anderen Studienrichtungen offen. Die max. Teilnehmerzahl ist auf 50 Studierende begrenzt. 

Damit potentielle Teilnehmer abschätzen können, ob dieser Kurs auch wirklich in ihre Interessenlage passt, führen wir an dieser Stelle kurz die Pflichtkurse auf, die wir für relevant halten und gewichten diese.

Aufgaben

Die Entwicklung für eingebettete Systeme unterscheidet sich erheblich von der für Desktopsysteme und das Anwendungsfeld ist sehr viel heterogener und vielschichtiger. Die grundlegenden Unterscheidungsmerkmale sind nachfolgend aufgelistet:

• begrenzte Hardware-Ressourcen
• Hardwareherstellerspezifische Entwicklungsumgebungen
• minimale Betriebssysteme/Laufzeitumgebungen
• direkterer Zugriff auf die (oftmals speziellere) Peripherie

Für die Entwickler derartiger Systeme bedeutet das über ein vielseitiges Wissen verfügen zu müssen und die einzelnen Wissensgebiete miteinander sinnvoll verknüpfen zu können. Die Aufgabengebiete selber lassen sich folgendermassen gliedern:

• hardwarenahe Softwareentwicklung
• Entwicklung von Betriebssystemkomponenten
• Entwicklung und Inbetriebnahme von Peripheriekomponenten

Für die Softwareentwicklung sind mittlere bis gute C-Kenntnisse erforderlich. Letzterer Punkt erweist sich dann als besonders interessant, wenn es sich bei der Peripherie um eine rekonfigurierbare Ressource handelt (bspw. FPGA), wobei dann VHDL Kenntnisse Voraussetzung sind. Fokus bei der hardwareseitigen Bearbeitung des Projektes der Umgang mit ISE:

• Design im VHDL
• Simulation und Test
• Synthese
• Implementierung

Beispiel

Vorschlag für das WS12/13:

Erneut soll ein Hard-/Software Co-Design Projekt durchgeführt. Am Fachgebiet sind zwei "Atlys Spartan-6 FPGA Development Boards [1]" vorhanden. Diese Boards verfügen über

• AC-97 Codec mit line-in, line-out, mic und headphone und
• HDMI video input ports und zwei HDMI output ports.

Möglich Teilbereiche die von den Studierenden bearbeitet werden können:

• Ein- und Ausgabe von Audiosignalen sowie die Veränderung durch Filter
• Visualisierung von Audiosignal (Frequenz-/Lichtorgel)
• Ein- und Ausgabe von Videosignalen sowie die Veränderung durch Filter
• Erweitertert Ansteuerung der HDMI-Schnittstelle

Dieser Vorschlag ist wie gesagt ein Vorschlag. Ziel ist es das Projektziel im ersten Termin mit den Studierenden zu diskutierren und in einem Dialog zu definieren, dabei sind Ideen von Studierenden ausdrücklich erwünscht.

Beispielprojekt aus dem WS11/12:

Es wurde ein Hard-/Software Co-Design Projekt durchgeführt. Ziel war es Videodaten softwareseitig über einen WebServer einzulesen, diese über die PCIe-Schnittstelle an das verwendetet FPGA-Board zu übermitteln, welches das Video hardwareseitig dekodiert und dann über die DVI-Schnittstelle ausgab.

Hier wurden folgende Teilbereiche bearbeitet:

• Implementierung des Webservers in C
• Hardwarenahe Implementierung eines PCIe-Treiber in C
• Erstellung eines PCIe-Endpoint zu Ansteuerung der PCIe-Schnittstelle, sowie Pufferung der Eingabedaten in VHDL
• Erstellung eines Hardware-Videodecoders in VHDL
• Implementierung einer Ansteuerung eines DDR2-Speichers zur Pufferung der Videodaten in VHDL
• Erstellung eine DVI-Endpoint zur Ausgabe des Videos in VHDL

Organisation

Beim ersten Treffen (dessen Termin noch festgelegt werden muss), wird das Organisatorische detailliert besprochen. Wünschenswert wäre, dass nach dem ersten Treffen jeder Teilnehmer grob weiß was auf ihn thematisch zukommt und wohin die Richtung geht. Dazu gehört neben der Themenfindung und Projektplanung auch die Zuweisung zu einer Arbeitsgruppe.

Hardware

Für die Projektarbeiten bieten wir eine leistungsstarke Entwicklungsplattform an: die neben Evaluierungsboards auch Softwarewerkzeuge enthält:

• Xilinx ISE (Foundation, Coregen, PlanAhead etc.) 14.2
• CodeSourcery G++ Lite

Atlys Spartan-6 FPGA Development Board [1]:

• Xilinx Spartan-6 LX45 FPGA, 324-pin BGA package
• 128Mbyte DDR2 with 16-bit wide data
• 10/100/1000 Ethernet PHY
• on-board USB2 ports for programming and data transfer
• USB-UART and USB-HID port (for mouse/keyboard)
• two HDMI video input ports and two HDMI output ports
• AC-97 Codec with line-in, line-out, mic, and headphone
• real-time power monitors on all power rails
• 16Mbyte x4 SPI Flash for configuration and data storage
• 100MHz CMOS oscillator
• 48 I/O’s routed to expansion connectors
• GPIO includes eight LEDs, six buttons, and eight slide switches

Literatur

[1] Atlys Spartan-6 FPGA Development Board [Link]

[2] AtlysTM Board Reference Manual [Link]

[3] Xilinx ISE User guides [Link]

[4] The Designer’s Guide to VHDL (Peter J. Ashenden)

[5] VHDL-Cookbook (Peter J. Ashenden)

[6]VHDL-Kompakt (Andreas Mäder)