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Hardware Software CoDesign Vorbesprechung A. Steininger J. Lechner T. Polzer

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Hardware Software CoDesign

Vorbesprechung

A. SteiningerJ. LechnerT. Polzer

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OrganisatorischesBetreuer: A. Steininger VO TeilT. Polzer, J. Lechner Übungsteil Email: [email protected]

Betreuung:„Sprechstunden“ nach Vereinbarung

VO Ort:

EI8, Gußhausstraße

VO Zeit: Geblockt von Do,22.04 bis Mi,27.05 Dienstag: 12:15 bis 14:00 Donnerstag: 12:15 bis 14:00

Anmeldung erforderlich

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Voraussetzungen

Inhaltlich:gute Kenntnisse in VHDLgünstig: HW-Modellierung

Kenntnis des FPGA-Design Flowgünstig: DiDeVO & DiDeLU

Formal:VO, LU und Vorauss. formal unabhängigim Magister-Studienplan Techn. Informatik

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Laborübung

Ziel: Hardware Software Codesign anhand eines

praktischen Beispiels erfahren

Zeiteinteilung: (weitgehend) frei

Arbeitsplatz: Remote und im TI-Labor (Download)

Gruppen: 3 Studenten pro Gruppe

Beginn: Di 27. April 2010 (Einführung)

Abgabe: Mo 21. Juni 2010

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Aufgabenstellung

Übungsbeispiel „Image Processing“ Ausgangspunkt: Funktionierendes System

Optimieren hinsichtlich vordefinierter

Kriterien

Vergleich und Diskussion der Lösungen Di 22. Juni 2010 jeweils 12.00 – 14.00 Do 24. Juni 2010 im EI8

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Benotung

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

Laborübung: praktisches Ergebnis Besprechung der Lösung aus der LU

Abgabegespräche: 22.06.2010 – 30.06.2010 Anmeldung im myTI

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Vorlesung

Inhalte: Kostenfaktoren Optimierung Hardware vs. Software

interaktive Gestaltung: Frontalvorträge vorbereitete “Hausübung” gemeinsame Diskussionen Praxisvorträge Präsentation der Ergebnisse der LU

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Abwicklung VO

9 fixe Termine: Do 22.4. Di 27.4. Do 29.4. Di 11.5. jeweils Di 18.5. 12:15 bis 14:00 Do 20.5. im EI8 Do 27.5. Di 22.6. Do 24.6.

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Termine Vorlesung

Do 22.4. VB + allg. Einführung Di 27.4. Erklärung der Übungsaufgabe Do 29.4. Kostenfaktoren & Constraints, Trends Di 11.5. Hardware vs. Software Di 18.5. Trends Do 20.5. Gastvortrag DI. Scheurer Do 27.5. Gastvortrag Dr. Armengaud Di 22.6. Diskussion der Übungsergebnisse Do 24.6. Diskussion der Übungsergebnisse

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Gastvortrag

Dipl.-Ing. Dieter Scheurer Managing Director Gleichmann Electronics Research Austria

„Debugging mittels Semulator“

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Gastvortrag

Dr. Eric Armengaud Projektleiter Das Virtuelle Fahrzeug (Graz)

„Detailed simulation on application level“

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Vorstellungen zur LVA

Was ist überhaupt HW/SW Codesign?

Was lerne ich in dieser LVA?

Wofür brauche ich das Wissen später?

A

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Was ist HW/SW Codesign?

paralleler Entwurf HW/SW schneller Bugs früher sichtbar höherer Abstraktionsgrad

Partitionierung HW/SW übergreifende Optimierung

Integration v. Systemen aus/mittels HW/SW systematische Schnittstellendefinition Komplexitätsbewältigung

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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]

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The Constraints

Dependability safety, security, availability

Autonomy no humans in the loop

Low resource consumption memory, power, energy

Physical constraints weight size, heat dissipation, …

Market positioning optimal cost/quality, time to market

[Joseph Sifakis, Workshop on Strate-gies for Embedded Systems 2005]

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The System-Centric Approach

Joint Design (HW, SW, Environment) to determine cost / quality tradeoffs

Requires a combination of competencies in SW, auto-mation, networks, electronics, man-machine interfaces

=> training, education

[Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005]

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The Current State

no unified theory to predict the dynamic properties of a SW running on a given execution platformcomplex systems are built through a suc-cession of incremental developmentsexploding validation costs

[Joseph Sifakis, Workshop on Strategies for Embedded Systems 2005]

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Anwendungsbeispiele

Consumer-Productsunglaubliche Featureskleiner Preis, kleine Größe, lange Akku-Lebensdauer

Mobiltelefoniezusätzlich Mixed-Signal Design

Automotiveextreme Anforderungen bezügl. Sicherheit & Preis

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Die Herausforderungen

Miniaturisierung mixed signal, dynamische Rekonfiguration,

Energiebudget Rekonfiguration, power management,…

Komplexität Interfaces, formale Verifikation

Produktivität / Time to market Abstraktionsebenen, Automatisierung

Fehlertoleranz

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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

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Prinzip einer Optimierung

Mittels eines Algorithmus soll

eine Kostenfunktion minimiert odereine Nutzenfunktion maximiert werden

und zwar unter Einhaltung von Randbedingungen

Als Voraussetzung müssen daher Kosten / Nutzen meßbar und alle Randbedingungen bekannt sein

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Erfassen der Eigenschaften

die relevante Eigenschaften müssen erfasst werden quantitativ, hinreichend genau schon früh im Design Flow

Ist das realistisch möglich? Tools erstellen Schätzungen auf Basis von

vereinfachten Modellen Heuristiken

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Optimaler Tradeoff

Wie vergleicht man quantitativ Speicherverbrauch physikalische Größe Performance Preis

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Gegebene Plattform

Typisches Szenario gegeben ist Prozessor => SW FPGA für Spezialfunktionen => HW

Reales Problem 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

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Diskussion Vor-Auswahl

Wählen Sie für die folgende Diskussion einen der Anwendungsbereiche (jede Gruppe eines) Automotive Telekom Industrie-Automation Raumfahrt Multimedia (MP3, Camcorder,…) Telebanking

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Diskussion Fragen

Welche Anforderungen an das Produkt (= Embedded System, nicht Gesamtprodukt) bestehen? Was fällt in die Klasse „Kosten“/“Nutzen“ ? Was fällt in die Klasse Randbedingung ? Was ist speziell an Ihrem Anwendungsbereich?

Wie kann man sie zum Zeitpunkt des Partitioning quantitativ erfassen?