Praktikum Entwurf digitaler Systeme (PES)/ Digital Hardware Design Laboratory (DHL)

Hinweise:

Die Anmeldung für das Praktikum erfolgt online über das ILIAS-Portal des KIT im entsprechenden ILIAS-Kursraum (siehe ilias.studium.kit.edu). Die Anmeldung wird am 12. April 2025 freigeschaltet.
Die Vorbesprechung findet am Dienstag, den 22. April 2025, um 14:00 Uhr im Poolraum 216 (Engesserstr. 5, Gebäude 30.10) des Instituts für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) sowie online via MS Teams statt (Link im ILIAS-Kurs). Das eigentliche Praktikum wird dienstags jeweils von 14:00 bis 18:00 Uhr abgehalten. Bei hoher Teilnehmerzahl wird gegebenenfalls ein zweiter Termin montags von 14:00 bis 18:00 Uhr angeboten.
Die Zahl der Praktikumsplätze ist begrenzt. Die Online-Anmeldung garantiert noch keine Teilnahme am Praktikum. Die endgültige Entscheidung über die Teilnahme und die Terminzuteilung kann erst in der Vorbesprechung erfolgen. Studierende, für die das Praktikum ein Pflichtfach ist, haben dabei Vorrang.

Empfehlungen:

Kenntnisse im Entwurf und in der Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme (z.B. HSO, Nr. 2311619 oder HMS, Nr. 2311608).

Inhalt:

Moderne Technologien wie künstliche Intelligenz oder Bildverarbeitung für autonomes Fahren erfordern immer mehr Rechenleistung. Hier ist ein klarer Trend zu speziell dafür angepassten Computerchips und Architekturen zu beobachten. Aus diesem Grund ist die Fähigkeit, solche zu entwerfen und zu designen, heutzutage ein sehr wichtiges Werkzeug für Ingenieure. Im Praktikum „Entwurf digitaler Systeme“ (PES) haben Sie die Möglichkeit, diese Fähigkeiten zu erlernen und anzuwenden.

Es werden die aus den Vorlesungen bekannten Entwurfs- und Simulationsverfahren praktisch eingeübt. Zum Einsatz kommen die in der Industrie weit verbreiteten kommerziellen Entwurfs- und Hardware-Synthesewerkzeuge der Firma Xilinx sowie das Simulationswerkzeug ModelSim von Mentor Graphics. Zum Testen der erstellten Designs kommen industrielle Hardware-Plattformen zum Einsatz.
Zielplattform des Praktikums ist das Digilent ZEDBOARD, das mit einem Zynq System-on-Chip (SoC) FPGA ausgestattet ist und sowohl feldprogrammierbare Logikteile als auch einen Dual-Core-ARM-Prozessor enthält.
Im ersten Teil (vier Nachmittage) des Praktikums werden grundlegende Kenntnisse zu den Synthese- und Simulationstools sowie der Hardware-Beschreibungssprache VHDL vermittelt. Dabei lernen Sie zunächst die Basiselemente eines FPGAs kennen und gewinnen einen Einblick in den Tool-Flow, um für FPGAs zu programmieren. Weiterhin werden Grundlagen zur Erstellung von Testbenches vermittelt. Am Ende der Grundlagenphase können Sie gängige Entwurfsmuster, wie z.B. Finite State Machines (FSMs), implementieren sowie komplexe Schaltungsteile wie Divider oder Schnittstellen.
Im Anschluss beginnt der Projektteil des Praktikums, in dem Sie selbständig einen Hardware-Beschleuniger entwickeln, mit dessen Hilfe das Zynq SoC-System die Bildverarbeitung von bewegten Bildern durchführen kann. Dabei sollen aus den Rohdaten der Kamera markante Bereiche (Regions) extrahiert werden. Diese werden dann an den Prozessor gesendet, welcher die erkannten Regionen zu Visualisierungszwecken per HDMI-Schnittstelle an einen Monitor überträgt.