FPGA-Entwicklung mit Open-Source-Tools
Prof. Dr. Gundolf Kiefer, Marco Milenkovic, Lukas Bauer, Michael Schäferling
Programmierbare Logikbausteine (FPGAs) spielen heutzutage eine unverzichtbare Rolle, wenn es darum geht, spezialisierte Anwendungen effizient umzusetzen. Sowohl im Bereich des Prototypings als auch bei der Realisierung von Spezialanwendungen greift man gerne auf FPGAs zurück. Um möglichst vielen Menschen den Einsatz dieser Technologie zu ermöglichen, sind kostengünstige FPGA-Board-Lösungen genauso wichtig wie die freie Verfügbarkeit von Tools, die für die Synthese, Platzierung und Verdrahtung auf dem FPGA benötigt werden.
Die Forschungsgruppe “Effiziente Eingebettete Systeme” (EES) befasst sich seit vielen Jahren mit der Entwicklung teils hochkomplexer FPGA-basierter Systeme, unter anderem zur hardwarebschleunigten Bildverarbeitung (ASTERICS-Framework) oder zur KI-Beschleunigung (THANNA), und dem Entwurf anwendungsspezifischer Prozessoren (u.a. ParaNut/RISC-V).
Der Vortrag stellt die Möglichkeiten und Erfahrungen beim Einsatz von Open-Source-Tools zur FPGA-Entwicklung vor. In diesem Zusammenhang hat das EES-Team verschiedene Boards untersucht und getestet. Vorgestellt wird die OSS-CAD-Suite in Verbindung mit dem freien „Intel Compiler für SystemC“ (ICSC). Der ICSC ermöglicht es, Hardware-Designs in SystemC zu entwickeln, einer Bibliothek für C++. SystemC bietet den Vorteil, dass viele Programmierer bereits mit der Sprache C++ vertraut sind, was den Einstieg erleichtert. Zudem ermöglicht es die Hardware-Software-Cosimulation bei komplexen Systemen.
Diese Tools kommen bereits in verschiedenen Projekten zum Einsatz, darunter bei zwei an der TH Augsburg entwickelten Prozessoren, dem ParaNut/RISC-V- und dem VISCY-V-Prozessor, die beide auch in der Lehre eingesetzt werden. Als Ausblick stellt der Vortrag das neu gestartete Projekt “PicoNut” vor, das als freies Projekt von Studierenden für Studierende konzipiert ist. PicoNut ist ein kleiner, einfacher RISC-V-Prozessor, der auf Modularität und Erweiterbarkeit ausgerichtet ist. Wir geben einen kurzen Überblick über das neue Open-Source-Projekt, an dem bereits mehrere Studierende beteiligt sind.
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