Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)

Praktikum Entwurf digitaler Systeme

  • Typ: Praktikum (P)
  • Lehrstuhl: KIT-Fakultäten - KIT-Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik - Institut für Technik der Informationsverarbeitung
    KIT-Fakultäten - KIT-Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
  • Semester: SS 2021
  • Zeit:

    montags
    14:00 - 18:00

  • Dozent:

    Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jürgen Becker

  • SWS: 4
  • LVNr.: 2311637
  • Hinweis: Online
VortragsspracheDeutsch
Organisatorisches

Mo 14:00-18:00 ITIV Geb. 30.10, Raum 216

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

Voraussetzungen

Kenntnisse im Entwurf und in der Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme (z.B. Lehrveranstaltungen SAE, Nr. 23606, HSO, Nr. 23619 oder HMS, Nr. 23608).

 

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.

Das Labor ist Teil der TivSeg Projektpraktika am ITIV. Ziel ist es eine Bildverarbeitung von Kameradaten aufzubauen, damit die Bewegungen des Segways autonom gesteuert werden können. Dazu wird der FPGA-Logik Teil verwendet.

Im Praktikum werden die aus den Vorlesungen bekannten Entwurfs- und Simulationsverfahren praktisch eingeübt. Zum Einsatz gelangen die in der Industrie weit verbreiteten kommerziellen Entwurfs- und Hardware-Synthesewerkzeuge der Firma Xilinx und das Simulationswerkzeug ModelSim von Mentor Graphics. Zum Test der erstellten Designs kommen industrielle Hardware-Plattformen zum Einsatz.

Zielplattform des Praktikums stellt das Digilent ZEDBOARD dar, welches mit einem Zynq System-on-Chip (SoC) FPGA ausgestattet ist, der sowohl über feld-programmierbare Logikteile als auch einen Dual-Core ARM Prozessor verfügt.

Im ersten Teil (vier Nachmittage) des Praktikums werden grundlegende Kenntnisse zu den Synthese- und Simulationstools und der Hardware-Beschreibungssprache Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (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 Dividierer oder Schnittstellen.

Im Anschluss beginnt der Projektteil des Projektpraktikums, 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 den Prozessor gesendet, welcher daraufhin die Bewegung des TivSeg-Systems koordinieren oder die erkannten Regions zu Visualisierungszwecken per HDMI-Schnittstelle an einen Monitor senden kann.