Modul

SOP - Systems on Programmable Chips

Bachelor Technische Informatik 2020

PDF Studiengangsverzeichnis Studienverlaufspläne Bachelor Technische Informatik

Version: 1 | Letzte Änderung: 02.08.2019 10:13 | Entwurf: 0 | Status: vom Modulverantwortlichen freigegeben | Verantwortlich: Krawutschke

Anerkannte Lehrveran­staltungen SOP_Krawutschke
Modul ist Bestandteil der StudienschwerpunkteES - Eingebettete Systeme
IOT - Internet of Things
Dauer 1 Semester
ECTS 5
Zeugnistext (de) Digitaltechnische Systeme mit programmierbaren Bausteinen
Zeugnistext (en) Digital Systems with SoPC technology
Unterrichtssprache deutsch oder englisch
abschließende Modulprüfung Ja
Inhaltliche Voraussetzungen
DR -
Digitalrechner 		Grundlagen Digitale Logik
Grundlagen Automaten
Grundlagen Mikroprozessor
Grundlagen Hardwarenahe Programmierung in C
PP -
Programmierpraktikum 		Programmier-Kompetenzen
Kompetenz zur Textanalyse und Extraktion der Informationen für einen Programmentwurf
Strukturierte Analyse
BVS1 -
Betriebssysteme und Verteilte Systeme 1 		Konzepte des Multitasking
Handlungsfelder
Systeme zur Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Informationen für technische Anwendungen planen, realisieren und integrieren
Anforderungen, Konzepte und Systeme analysieren und bewerten
Mit Auftraggebern, Anwendern, gesellschaftlichem Umfeld und Teammitgliedern interagieren
Modulprüfung
Benotet Ja
Frequenz Jedes Semester
Prüfungskonzept

An Hand einer Aufgabenstellung, die der Studierende analysiert und eine Lösung skizziert, weißt die/der Studierende nach, dass er in der Lage ist, zu erkennen, wie er die SoPC-Technologie auf diese Aufgabe anwenden kann. Sie/er ist in der Lage, Teile der Lösung mit Konzepten aus der Digitaltechnik (Automaten) und Programmiertechnik (Multitasking-Programmierung) zu entwerfen.

Learning Outcomes
LO_DTS - Die Studierenden erwerben die Kompetenz zum Entwurf, Implementierung und Test eines modernen signalverarbeitenden Systems, indem sie an einfachen Beispielen die FPGA-Technologie mittels Hardware-Beschreibungssprache benutzen lernen, dies dann auf eine komplexere Aufgabenstellung aus der Audio-Signalverarbeitung anwenden, damit sie später FPGAs als "Problemlöser" für leistungsfähige Verarbeitung von Signalen einsetzen können.
LO_PDTS - Die Studierenden erwerben die Kompetenz zum Entwurf eines Hardware-Software-Systems, indem sie auf der Basis ihrer Kenntnisse in hardwarenaher Programmierung und der Erstellung programmierter digitaler Systeme ein Beispielsystem auf einem SoPC (System on Programmable Chip) erstellen, damit sie später diese Technologie für verschiedenste Aufgaben, bei denen viele Daten in kürzester Zeit bearbeitet werden müssen, anwenden können.
Kompetenzen
Vermittelte Voraussetzungen für Kompetenzen
In Systemen denken
Systeme analysieren
Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten
Vermittelte Kompetenzen
Konzepte und Methoden der Informatik, Mathematik und Technik kennen und anwenden
Systeme entwerfen
Systeme realisieren
Systeme prüfen
Typische Werkzeuge, Standards und Best Practices der industriellen Praxis kennen und einsetzen
In vorhandene Systeme einarbeiten und vorhandene Komponenten sinnvoll nutzen

Inhaltliche Voraussetzungen
DR -
Digitalrechner 		Grundlagen Digitale Logik
Grundlagen Automaten
Grundlagen Mikroprozessor
Grundlagen Hardwarenahe Programmierung in C
PP -
Programmierpraktikum 		Programmier-Kompetenzen
Kompetenz zur Textanalyse und Extraktion der Informationen für einen Programmentwurf
Strukturierte Analyse
BVS1 -
Betriebssysteme und Verteilte Systeme 1 		Konzepte des Multitasking
Handlungsfelder
Systeme zur Verarbeitung, Übertragung und Speicherung von Informationen für technische Anwendungen planen, realisieren und integrieren
Anforderungen, Konzepte und Systeme analysieren und bewerten
Mit Auftraggebern, Anwendern, gesellschaftlichem Umfeld und Teammitgliedern interagieren
Learning Outcomes
LO_DTS - Die Studierenden erwerben die Kompetenz zum Entwurf, Implementierung und Test eines modernen signalverarbeitenden Systems, indem sie an einfachen Beispielen die FPGA-Technologie mittels Hardware-Beschreibungssprache benutzen lernen, dies dann auf eine komplexere Aufgabenstellung aus der Audio-Signalverarbeitung anwenden, damit sie später FPGAs als "Problemlöser" für leistungsfähige Verarbeitung von Signalen einsetzen können.
LO_PDTS - Die Studierenden erwerben die Kompetenz zum Entwurf eines Hardware-Software-Systems, indem sie auf der Basis ihrer Kenntnisse in hardwarenaher Programmierung und der Erstellung programmierter digitaler Systeme ein Beispielsystem auf einem SoPC (System on Programmable Chip) erstellen, damit sie später diese Technologie für verschiedenste Aufgaben, bei denen viele Daten in kürzester Zeit bearbeitet werden müssen, anwenden können.
Kompetenzen
Kompetenz Ausprägung
In Systemen denken Vermittelte Voraussetzungen für Kompetenzen
Konzepte und Methoden der Informatik, Mathematik und Technik kennen und anwenden Vermittelte Kompetenzen
Systeme analysieren Vermittelte Voraussetzungen für Kompetenzen
Systeme entwerfen Vermittelte Kompetenzen
Systeme realisieren Vermittelte Kompetenzen
Systeme prüfen Vermittelte Kompetenzen
Typische Werkzeuge, Standards und Best Practices der industriellen Praxis kennen und einsetzen Vermittelte Kompetenzen
In vorhandene Systeme einarbeiten und vorhandene Komponenten sinnvoll nutzen Vermittelte Kompetenzen
Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten Vermittelte Voraussetzungen für Kompetenzen

Exempla­rische inhaltliche Operatio­nalisierung

Digitaltechnische Systeme beschreiben (modellieren) mittels
* Boole'scher Algebra
* Endliche Automaten/Schaltwerke
* Erweiterte endliche Automaten
* Kontrollfluss-Datenflusssysteme
Digitaltechnische Systeme realisieren mit
* Schaltplan aus digitalen Bausteinen
* VHDL
* VHDL für Schaltwerke und CFDF-Systeme
Digitale Technologie
* Elementares Schaltermodell für digitale MOS-Schaltunge
* CMOS Basis-Schaltkreise für logische Funktionen
* Laufzeiteffekte in Schaltnetzen verstehen, beschreiben und klassifizieren
* Aufbau und Funktionsweise programmierbarer Bausteine (CPLD, FPGA) verstehen und beschreiben
SoC/SoPC-Systeme
* Systemaufbau verstehen
* Maschinennahe Programmierung eines SoC/SoPC mit Interrupts und Alarme
* Programmierte Automatensteuerung
* Regeln für Hardware/Softwareaufteilung
Erarbeitung von Problemlösungen, die sich mit digitaltechnischen Systemen (Schaltnetzen, Zählern, Automaten) implementieren lassen
* Analyse der Aufgabenstellung
* Design der Lösung erstellen
* Ableitung der VHDL-Beschreibung
* Verifikation mit Simulation
* Implementation und Validierung auf FPGA
SoC/SoPC-System erstellen
* Programmierung des Systems mit hardwarenahem Steuerprogramm
* Techniken zur Bearbeitung paralleler Vorgänge
* Nutzung von Alarmen und Interrupts
* Einfache Verfahren des Multitasking
* Block- versus Einzelverarbeitung
* SW-Entwicklungsumgebung für SoC/SoPC-Systeme zur Programmierung benutzen
HW-SW-System erstellen
* Aufgabenaufteilung (Partitionierung) HW/SW
* Kopplung Hardware-Software
Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten

Separate Prüfung

keine

Exempla­rische inhaltliche Operatio­nalisierung

Erstellung eines Hardware-Software-Systems in mehreren Schritten
1) Hardware-Teil als digitaltechnisches System
2) Software-Teil als programmiertes System
3) Kopplung beider Teile über Registerschnittstelle mit Protokoll

Separate Prüfung
Benotet Nein
Frequenz Einmal im Jahr
Voraussetzung für Teilnahme an Modulprüfung Ja
Prüfungskonzept

Die/der Studierende erhält eine exemplarische Aufgabenstellung für SoPC-Technologie.
Sie er erarbeitet zunächst einen Lösungsentwurf, der auf Vollständigkeit und logische Stimmigkeit geprüft wird. An einem Labortermin implementiert und validiert dann ein Miniteam einen der eingereichten Lösungsentwürfe auf einem FPGA und zeigt damit, dass es in der Lage ist, diese Technologie für die Erstellung von dafür geeigneten IT-Systemen einzusetzen.


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