Název:

Pokročilé techniky návrhu číslicových systémů

Zkratka:PND
Ak.rok:2017/2018
Semestr:zimní
Studijní plán:
ProgramOborRočníkPovinnost
VTI-DR-4DVI4-volitelný
Vyučovací jazyk:čeština
Ukončení:zkouška (ústní)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:390000
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:1000000
Garant:Fučík Otto, doc. Dr. Ing., UPSY
Přednášející:Fučík Otto, doc. Dr. Ing., UPSY
Kořenek Jan, Ing., Ph.D., UPSY
Růžička Richard, doc. Ing., Ph.D., MBA, UPSY
Fakulta:Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav počítačových systémů FIT VUT v Brně
 
Cíle předmětu:
  Porozumět pokročilým technikám návrhu komplexních číslicových systémů. Získat schopnosti nutné k využití moderních technologií a návrhových systémů pro konstrukci hardwarových zařízení. Pochopit moderní principy syntézy obvodů, získat pokročilé znalosti z oblasti hardware/software codesign a rekonfigurovatelného počítání.
Anotace:
  Předmět představuje pokročilé techniky návrhu číslicových systémů. Je zaměřen na logickou syntézu a verifikaci složitých číslicových obvodů, efektivní využití hardwarových a softwarových prostředků a moderních technologií pro konstrukci hardwarových zařízení. V rámci předmětu budou diskutovány následující oblasti: Pokročilá logická syntéza a verifikace, syntéza obvodů z vysokoúrovňových jazyků, hardware/software codesign, návrh zařízení s ohledem na nízkou spotřebu a rekonfigurovatelné počítání. Uvedené přístupy a techniky budou ukázány na příkladech aplikačně specifických systémů.
Okruhy otázek k SDZ
  1. Principy logické syntézy digitálních obovdů (reprezentace, optimalizace, mapování)
  2. Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů (AIG, BDD, ověřování funkční ekvivalence).
  3. Syntéza HW z vyšších programovacích jazyků (reprezentace, alokace, plánování, přiřazení) a jazyk Catapult C.
  4. Aplikace omezujících podmínek.
  5. Verifikace číslicových obvodů, metodologie OVM.
  6. Moderní výpočetní technologie (FPGA, 3D IC, IP-core, hard/soft CPU, DSP atd.).
  7. Konstrukce vestavěných systémů, architektura SW. 
  8. Metodika návrhu HW/SW codesign, platformy, programovatelné obvody.
  9. Rekonfigurovatelné počítání.   
  10. Principy redukce příkonu číslicových zařízení. 
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z předmětu:
  Studenti budou schopni použít moderní techniky, nástroje a technologie pro návrh hardwarových zařízení.
Dovednosti, znalosti a kompetence obecné:
  Použití moderních technik návrhu hardwarových zařízení.
Osnova přednášek:
 
  1. Úvod: Shrnutí stávajících přístupů pro konstrukci číslicových zařízení. 
  2. Moderní přístupy k syntéze číslicových obvodů, optimalizace na logické úrovni a na úrovni cílové technologie. Modely a metody syntézy (AIG, BDD,ověřování funkční ekvivalence).
  3. Syntézu obvodů z vysokoúrovňových programovacích jazyků (reprezentace obvodu, proces plánovaní, alokace a přiřazení zdrojů).
  4. Funkční verifikace číslicových obvodů s ohledem na pokrytí zdrojového kódů, stavů, atd. Synergie logické syntézy a verifikace. Metodologie OVM.
  5. Vestavěný počítačový systém, postupy návrhu vestavěných systémů s mikrokontroléry, specifikace požadavků na vestavěné systémy.
  6. Metody volby nejvhodnější platformy pro realizaci vestavěného systému, postupy při výběru vhodných klíčových součástí systému. 
  7. Typická architektura software vestavěného systému. Testování, ladění a diagnostika vestavěných systémů.
  8. Moderní výpočetní technologie, struktury a heterogenní platformy (FPGA, 3D IC, IP-core, hard/soft CPU, DSP atd.).
  9. Souběžný návrh vestavěných HW/SW systémů (modely, rozdělování, odhady, syntéza, integrace, optimalizace).
  10. Rekonfigurovatelné počítání - urychlování výpočtů v hardware při flexibilitě návrhu blízké software (rekonfigurace, návrhové systémy pro popis v C/C++ a high-level syntézu atd.).
  11. Návrhu vestavěných systémů s ohledem na optimalizaci spotřeby energie (minimalizace příkonu na různých úrovních, ambientní zdroje energie a jejich použití atd.).
  12. Akcelerace aplikačně specifických časově kritických úloh (zpracování síťového provozu a obrazu).
  13. Aktuální trendy v oblasti technologií, logické syntézy a rekonfigurovatelného počítání.
Osnova ostatní - projekty, práce:
 Studenti vypracují projekt související s tematikou předmětu. 
Literatura referenční:
 
  • Victor Kravets, Alan Mishchenko, Smita Krishnasamy, Nilesh Modi, Robert Brayton, Ruchir Puri, Kanupriya Gulati, and Sunil Khatri. 2010. Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications. Springer Publishing Company, Incorporated.
  • Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008
  • Hauck, S., DeHon, A.: Reconfigurable Computing: The Theory and Practice of FPGA-Based Computation. Morgan Kaufmann Publishers Inc., USA, 2007, ISBN 978-0-12-370522-8.
  • Ball, S. R.: Embeded Microprocessor Systems: Real World Design. Elsevier, USA, 2002, ISBN 0-7506-7534-9.
  • J. M. Rabaey, Low Power Design Essentials, Series on Integrated Circuits and Systems, New York, NY: Springer New York, 2009.
Literatura studijní:
 
  • Victor Kravets, Alan Mishchenko, Smita Krishnasamy, Nilesh Modi, Robert Brayton, Ruchir Puri, Kanupriya Gulati, and Sunil Khatri. 2010. Advanced Techniques in Logic Synthesis, Optimizations and Applications. Springer Publishing Company, Incorporated.
  • Micheli G., High-Level Synthesis from Algorithm to Digital Circuit, ISBN 978-1-4020-8587-1, 2008
  • Hauck, S., DeHon, A.: Reconfigurable Computing: The Theory and Practice of FPGA-Based Computation. Morgan Kaufmann Publishers Inc., USA, 2007, ISBN 978-0-12-370522-8.
  • Ball, S. R.: Embeded Microprocessor Systems: Real World Design. Elsevier, USA, 2002, ISBN 0-7506-7534-9.
  • J. M. Rabaey, Low Power Design Essentials, Series on Integrated Circuits and Systems, New York, NY: Springer New York, 2009.
Kontrolovaná výuka:
  Vypracování a prezentace projektu.