| Autor(en): |
David Krutz |
Titel: |
Ein Betriebssystem für konfigurierbare Hardware |
| Gutachter: |
Beate Meffert; Klaus Müller-Glaser; Reinhold Orglmeister |
| Erscheinungsdatum: |
22.01.2007 |
| Volltext: |
pdf
(urn:nbn:de:kobv:11-10075496)
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| Fachgebiet(e): |
Informatik |
| Schlagwörter (ger): |
heterogenes System, Betriebssystem, VHDL, FPGA |
| Schlagwörter (eng): |
heterogeneous system, operating system, VHDL, FPGA |
| Einrichtung: |
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II |
| Zitationshinweis: |
Krutz, David:
Ein Betriebssystem für konfigurierbare Hardware;
Dissertation,
Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät II , publiziert am 22.01.2007, urn:nbn:de:kobv:11-10075496
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| Abstract (ger): |
| In dieser Arbeit wird die Möglichkeit der Unterstützung des Hardwareentwurfs mit VHDL durch ein
Hardwarebetriebssystem untersucht. Durch die Wiederverwendung von Betriebssystemmodulen sollen die
Entwicklungszeit verkürzt, die Nachnutzbarkeit von Entwürfen verbessert und die Zuverlässigkeit erhöht
werden. Um ein Betriebssystemkonzept umzusetzen, müssen spezielle Anforderungen an die Programmiersprache
gestellt werden. Diese werden von VHDL nicht erfüllt. Daher wird ein Strukturcompiler vorgestellt, der unter
Beibehaltung der Syntax der Sprache VHDL den zusätzlichen Anforderungen gerecht wird. Der Strukturcompiler
verbindet das Anwendungsprogramm mit den Betriebssystemmodulen und erzeugt daraus ein VHDL-Programm, das mit
den typischen FPGA-Entwicklungswerkzeugen simuliert oder synthetisiert werden kann.
Bei der Entwicklung des Betriebssystems für konfigurierbare Hardware hat sich herausgestellt, dass sich
dieses nur eingebettet in ein Gesamtkonzept für den Entwurf von heterogene Systeme sinnvoll anwenden lässt.
Deshalb wird in dieser Arbeit eine Methode für die Entwicklung von heterogenen Systemen auf Basis eines
Signalflussgraphen diskutiert.
Angewendet wurde das Betriebssystemkonzept auf verschiedenen FPGA-Karten, sowohl käuflich erworbene als auch
Eigenentwicklungen. Das für diese Karten erstellte Betriebssystem umfasst dabei Module zur Kommunikation
zwischen FPGA und PC sowie zur Anbindung verschiedener externer Peripheriegeräte, wie z.B. Speicher. Es wurde
ebenfalls untersucht wie Prozessoren als Bestandteil der konfigurierbaren Hardware in das
Betriebssystemkonzept integriert werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden auch viele Beispielanwendungen
untersucht. Diese wurden einerseits zum Testen des Strukturcompilers und der Betriebssystemmodule benutzt.
Andererseits fand das Betriebssystemkonzept für konfigurierbare Hardware auch Anwendung in verschiedenen
Projekten. |
| Abstract (eng): |
| This work investigates the possibility of describing a hardware design independent of special hardware. This
is realized with the concept of an operating system. The re-use of operating system modules reduces the time
of development and also increases the reliability. Additionally, the change of a development platform has no
influence on the application algorithm anymore. In order to apply the concept of an operating system special
constraints have to be fulfilled by the hardware description language, which is not supported by VHDL. For
that reason a structure compiler has been developed. The structure compiler connects the application program
with the operating system modules and produces a VHDL program, which can be used to simulate or to program
the FPGA with the typical VHDL development tools.
In the progress of developing the operating system concept for reconfigurable hardware it was realized that
such a concept can only be used in connection with a design methodology for heterogeneous systems. In this
work a design methodology based on a declarative language represented as signal flow graph is discussed.
The operating system concept for reconfigurable hardware was tested on different FPGA boards. For these cards
an operating system was developed. The operating system contains modules for the communication with the PC
over different interfaces as well as modules for accessing different exterior peripheries, i.e. memory.
Additionally, the integration of processors as part of the configurable hardware within the operating system
concept was investigated. For the verification of the structure compiler and the operating system modules
some examples have been developed. The operating system concept for configurable hardware was also applied in
different projects. |
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