Trost Rat Homepage http ti tuwien ac atecsteachingcourses

Voraussetzungen Inhaltlich: gute Kenntnisse in VHDL günstig: HW-Modellierung Kenntnis des ASIC-Design Flow günstig: Di.

Abwicklung VO 9 fixe Termine: n n n n n 3 Mo 20. 4.

Benotung Vorlesung: n n Teilnahme an der Diskussion Besprechung der Lösung aus der LU

Vorlesung Ziel: n n n theoretischer Hintergrund Ausbildung eines Problembewusstseins prinzipielles Verständnis Weg: n

Was ist HW/SW Codesign? paralleler Entwurf HW/SW n n n schneller Bugs früher sichtbar

Embedded Systems: Challenges „An exploding number of embedded reactive heterogeneous components in mass-market products“

The Constraints Dependability n safety, security, availability [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded

The System-Centric Approach Joint Design (HW, SW, Environment) to determine cost / quality tradeoffs

The Current State no unified theory to predict the dynamic properties of a SW

Anwendungsbeispiele Consumer-Products unglaubliche Features kleiner Preis, kleine Größe, lange Akku-Lebensdauer Mobiltelefonie zusätzlich Mixed-Signal Design

Die Herausforderungen Miniaturisierung n mixed signal, dynamische Rekonfiguration, Energiebudget n Rekonfiguration, power management, …

Ziel der VO + LU Bewusst-Machen der Problematik Analysieren der Trade-offs Verständnis für den

Diskussion Vor-Auswahl Wählen Sie für die folgende Diskussion einen der Anwendungsbereiche (jede Gruppe eines)

Diskussion Fragen Welche Anforderungen an das Produkt (= Embedded System, nicht Gesamtprodukt) bestehen? n

Wh. The Constraints Dependability n safety, security, availability [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for

Prinzip einer Optimierung Mittels eines Algorithmus soll eine Kostenfunktion minimiert oder eine Nutzenfunktion maximiert

Erfassen der Eigenschaften die relevante Eigenschaften müssen erfasst werden n n quantitativ, hinreichend genau

Optimaler Tradeoff Wie vergleicht man quantitativ n n 20 Speicherverbrauch physikalische Größe Performance Preis

Gegebene Plattform Typisches Szenario n n gegeben ist Prozessor FPGA für Spezialfunktionen => SW

Termine Vorlesung 22 20. 4. 27. 4. 29. 4. 4. 5. 6. 5. 13.

Gastvortrag Prof. Markus Rupp n n Institut für Nachrichtentechnik und HF-Technik Leiter des CD

Gastvortrag Dipl. -Ing. Dieter Scheurer n n Managing Director Gleichmann Electronics Research Austria „Debugging

Gastvortrag Dr. Eric Armengaud n n Projektleiter Das Virtuelle Fahrzeug (Graz) „Detailed simulation on

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Trost & Rat Homepage: http: //ti. tuwien. ac. at/ecs/teaching/courses LVA Leiter: n n n Jakob Lechner Andreas Steininger Peter Tummeltshammer email: hwsw@ecs. tuwien. ac. at Bitte LVA im TUWIS abonnieren 1 A. Steininger TU Vienna

Voraussetzungen Inhaltlich: gute Kenntnisse in VHDL günstig: HW-Modellierung Kenntnis des ASIC-Design Flow günstig: Di. De. VO & Di. De. LU Formal: VO, LU und Vorauss. formal unabhängig im Magister-Studienplan Techn. Informatik 2 A. Steininger TU Vienna

Abwicklung VO 9 fixe Termine: n n n n n 3 Mo 20. 4. Mi 22. 4. Mo 27. 4. Mi 29. 4. Mo 4. 5. Mi 6. 5. Mi 13. 5. Mo 22. 6. Mi 24. 6. jeweils 10: 15 bis 12: 00 im Sem TI A. Steininger TU Vienna

Benotung Vorlesung: n n Teilnahme an der Diskussion Besprechung der Lösung aus der LU Laborübung: n n 4 praktisches Ergebnis Besprechung der Lösung aus der LU A. Steininger TU Vienna

Vorlesung Ziel: n n n theoretischer Hintergrund Ausbildung eines Problembewusstseins prinzipielles Verständnis Weg: n n n 5 Impulsvorträge / Gastvorträge (Diskussionen in Kleingruppen) Diskussionen im Plenum A. Steininger TU Vienna

Was ist HW/SW Codesign? paralleler Entwurf HW/SW n n n schneller Bugs früher sichtbar höherer Abstraktionsgrad Partitionierung HW/SW n übergreifende Optimierung Integration v. Systemen aus/mittels HW/SW n n 6 systematische Schnittstellendefinition Komplexitätsbewältigung A. Steininger TU Vienna

Embedded Systems: Challenges „An exploding number of embedded reactive heterogeneous components in mass-market products“ „Massive seamless integration of heterogeneous components in a real-world environment“ „Building systems of guaranteed functionality and quality at an acceptable cost is a major technological and scientific challenge“ [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005] 7 A. Steininger TU Vienna

The Constraints Dependability n safety, security, availability [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005] Autonomy n no humans in the loop Low resource consumption n memory, power, energy Physical constraints n weight size, heat dissipation, … Market positioning n 8 optimal cost/quality, time to market A. Steininger TU Vienna

The System-Centric Approach Joint Design (HW, SW, Environment) to determine cost / quality tradeoffs Requires a combination of competencies in SW, automation, networks, electronics, man-machine interfaces => training, education [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005] 9 A. Steininger TU Vienna

The Current State no unified theory to predict the dynamic properties of a SW running on a given execution platform complex systems are built through a succession of incremental developments exploding validation costs 10 [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005] A. Steininger TU Vienna

Anwendungsbeispiele Consumer-Products unglaubliche Features kleiner Preis, kleine Größe, lange Akku-Lebensdauer Mobiltelefonie zusätzlich Mixed-Signal Design Automotive extreme Anforderungen bezügl. Sicherheit & Preis 11 A. Steininger TU Vienna

Die Herausforderungen Miniaturisierung n mixed signal, dynamische Rekonfiguration, Energiebudget n Rekonfiguration, power management, … Komplexität n Interfaces, formale Verifikation Produktivität / Time to market n Abstraktionsebenen, Automatisierung Fehlertoleranz 12 A. Steininger TU Vienna

Ziel der VO + LU Bewusst-Machen der Problematik Analysieren der Trade-offs Verständnis für den Optimierungsprozess, dessen Kriterien und Randbedingungen Vermitteln erster eigener Erfahrungen Non-Target: Kennenlernen bestehender Tools 14 A. Steininger TU Vienna

Diskussion Vor-Auswahl Wählen Sie für die folgende Diskussion einen der Anwendungsbereiche (jede Gruppe eines) n n n 15 Automotive Telekom Industrie-Automation Raumfahrt Multimedia (MP 3, Camcorder, …) Telebanking A. Steininger TU Vienna

Diskussion Fragen Welche Anforderungen an das Produkt (= Embedded System, nicht Gesamtprodukt) bestehen? n n n Was fällt in die Klasse „Kosten“ ? Was fällt in die Klasse „Nutzen“ ? Was ist speziell an Ihrem Anwendungsbereich? Wie kann man sie zum Zeitpunkt des Partitioning quantitativ erfassen? 16 A. Steininger TU Vienna

Wh. The Constraints Dependability n safety, security, availability [Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005] Autonomy n no humans in the loop Low resource consumption n memory, power, energy Physical constraints n weight size, heat dissipation, … Market positioning n 17 optimal cost/quality, time to market A. Steininger TU Vienna

Prinzip einer Optimierung Mittels eines Algorithmus soll eine Kostenfunktion minimiert oder eine Nutzenfunktion maximiert werden und zwar unter Einhaltung von Randbedingungen Als Voraussetzung müssen daher Kosten / Nutzen meßbar und alle Randbedingungen bekannt sein 18 A. Steininger TU Vienna

Erfassen der Eigenschaften die relevante Eigenschaften müssen erfasst werden n n quantitativ, hinreichend genau schon früh im Design Flow Ist das realistisch möglich? n Tools erstellen Schätzungen auf Basis von n n 19 vereinfachten Modellen Heuristiken A. Steininger TU Vienna

Optimaler Tradeoff Wie vergleicht man quantitativ n n 20 Speicherverbrauch physikalische Größe Performance Preis A. Steininger TU Vienna

Gegebene Plattform Typisches Szenario n n gegeben ist Prozessor FPGA für Spezialfunktionen => SW => HW Reales Problem n n n 21 optimale Nutzung des vorh. Prozessors („Einsparen“ bringt keinen Gewinn!) optimale Nutzung des FPGA Es geht um ein „optimales“ Verschieben von Tasks zwischen FPGA und Prozessor A. Steininger TU Vienna

Termine Vorlesung 22 20. 4. 27. 4. 29. 4. 4. 5. 6. 5. 13. 5. VB + allg. Einführung Kostenfaktoren & Constraints, Trends Erklärung der Übungsaufgabe Gastvortrag Prof. Rupp Gastvortrag DI. Scheurer Gastvortrag Dr. Armengaud 22. 6. 24. 6. Präsentation Übungsergebnisse A. Steininger TU Vienna

Gastvortrag Prof. Markus Rupp n n Institut für Nachrichtentechnik und HF-Technik Leiter des CD Labors „Design Methodology of Signal Processing Algorithms“ „The Chip Design Crisis“ 4. Mai 2009, Seminarraum TI 23 A. Steininger TU Vienna

Gastvortrag Dipl. -Ing. Dieter Scheurer n n Managing Director Gleichmann Electronics Research Austria „Debugging mittels Semulator“ 6. Mai 2009, Seminarraum TI 24 A. Steininger TU Vienna

Gastvortrag Dr. Eric Armengaud n n Projektleiter Das Virtuelle Fahrzeug (Graz) „Detailed simulation on application level“ 13. Mai 2009, Seminarraum TI 25 A. Steininger TU Vienna