64-189 Projekt Entwurf, Realisierung und Programmierung eines Mikrorechners

Lehrende: Dr. Andreas Mäder; Bernd Schütz

Veranstaltungsart: Projekt

Anzeige im Stundenplan: PJ Mikrorechner

Semesterwochenstunden: 6

Credits: 9,0

Unterrichtssprache: Deutsch

Min. | Max. Teilnehmerzahl: - | 15

Anmeldegruppe: Anmeldegruppe Projekte

Kommentare/ Inhalte:
Ziel des Projektes ist der Entwurf und die Programmierung eines eigenen Mikrorechners. Dieser Rechner soll die typischen Merkmale moderner Architekturen aufweisen und beispielsweise einen RISC-Prozessor mit Pipelineverarbeitung realisieren.

Beginnend mit der Konzeption der Befehlssatzes werden zwei Entwicklungsrichtungen parallel verfolgt:

1. Implementation der zugrundeliegenden Architektureinheiten mit Hilfe von Hardwarebeschreibungssprachen: hier VHDL. Durch Simulationen werden die im Projekt entwickelten Strukturen validiert und bewertet, so dass Entwurfsfehler frühzeitig erkannt werden können.
   Zur technischen Realisierung des Prozessors wird ein FPGA-Prototypenboard eingesetzt, dass neben dem (selbst entworfenen) Prozessorkern die entsprechende Infrastruktur zum Betrieb (SRAM, DRAM, serielle Schnittstelle, I/O...) bereitstellt. Für die Umsetzung des VHDL-Codes in Hardwarestrukturen des Prototypenboards sind Entwurfs-/Synthesewerkzeuge vorhanden.
   
2. Entwicklung von Software, die eine Programmierschnittstelle zu dem System bereitstellt. Beginnend mit einem einfachen Assembler können später auch komplexere Entwicklungswerkzeuge realisiert werden. Daneben sollen erste Anwendungsprogramme für die Architektur programmiert werden.
   

Lernziel:
Umsetzen des Lehrstoffes von Grundstudiumsveranstaltungen in ein praktisches Beispiel (einschließlich Chip-Entwurf). Dabei werden vorrangig drei Ziele verfolgt:

1. Die Schnittstelle zwischen Hard- und Software soll praktisch verstanden und die vielfältigen Wechselwirkungen aufgezeigt werden
   
2. Kennenlernen des Zusammenhangs zwischen Technologie, Architektur und Software
   
3. Vermittlung eines Grundverständnisses zum Entwurf von Systemen (mit Hardware-Anteilen)
   

Vorgehen:
Arbeitsformen in der Veranstaltung:

• im Plenum
  
• in Kleingruppen an den Rechnern
  

Literatur:
Thema: Rechnerarchitektur

• David A. Patterson, John L. Hennessy: Rechnerorganisation und -entwurf: die Hardware/Software-Schnittstelle
  
• Andrew S. Tanenbaum: Computerarchitektur: Strukturen, Konzepte, Grundlagen
  
• Randal E. Bryant, David R. O'Hallaron: Computer systems - A programmers perspective