Detail předmětu

Pokročilé techniky návrhu číslicových systémů

FIT-PNDAk. rok: 2017/2018

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. 

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Zajišťuje ústav

Ústav počítačových systémů (UPSY)

Výsledky učení předmětu

Studenti budou schopni použít moderní techniky, nástroje a technologie pro návrh hardwarových zařízení.

Použití moderních technik návrhu hardwarových zařízení.

Prerekvizity

Nejsou žádné prerekvizity.

Způsob a kritéria hodnocení

Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.

Osnovy výuky

    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. 

Učební cíle

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.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vypracování a prezentace projektu.

Základní literatura

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, 2008Hauck, 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.

Doporučená literatura

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, 2008Hauck, 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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program VTI-DR-4 doktorský

    obor DVI4 , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Dr. Ing. Otto Fučík

Osnova

  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.