Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs

Prof. Dr.-Ing. Frank Kesel lehrt Integrierte Schaltungstechnik an der Hochschule Pforzheim. Zuvor war er zehn Jahre in der Entwicklung von integrierten Schaltungen bei Philips Semiconductors und der Robert Bosch GmbH tätig.

- Modellierung von digitalen Schaltungen mit VHDL - Digitale integrierte Schaltungen - Von der Register-Transfer-Ebene zur Gatterebene - Von der Gatter-Ebene zur physikalischen Realisierung - Modellierung von digitalen Schaltungen mit SystemC

Buchrezension von Prof. Dr.-Ing. habil. Reinhold Paul, TU Hamburg-Harburg (bisher - 22.6.2006 - noch nicht veröffentlicht): Der Entwurf digitaler Schaltungen und Systeme besitzt einen großen Stellenwert nicht nur in der Ausbildung, sondern noch mehr in der industriellen täglichen Praxis. Er umfasst gründliche Kenntnis der digitalen Schaltungstechniken und Systemabstraktionen, die Zuordnung zu unterschiedlichen Entwurfsebenen, die zu jeder Ebene gehörigen Simulationswerkzeuge und Hochsprachen sowie die experimentelle Schaltungsrealisierung - heute oft mittels FPGAs. Wurden diese Teilgebiete in der Vergangenheit oft singulär betrachtet - die zugehörige Literatur ist sehr umfangreich - so unternehmen die Autoren hier den - vorweggenommen sehr gut geglückten Versuch - alle Teile zusammenhängend darzustellen. Nach einem Überblick zur heutigen Bedeutung der Digitaltechnik wenden sich die Autoren sehr schnell der Entwurfsproblematik zu und bereiten die Entwurfsebenen und zugehörigen EDA-Werkzeuge und damit das inhaltliche Konzept des Buches vor. (erster Abschnitt) Grundlage ist eine Einführung in die Hochsprache VHDL im zweiten Abschnitt (96 Seiten). Dabei beschränkt man sich auf die Elemente, die zum Hardwareentwurf und der Logiksynthese erforderlich sind. Dem Verständnis förderlich sind zahlreiche kleine Beispiele, so dass dieser Abschnitt auch eigenständig als Einführungskurs in VHDL verwendet werden kann. Der folgende, 3. Abschnitt "Digitale integrierte Schaltungen" (110 Seiten) gibt einen Überblick über die digitale CMOS-Schaltungstechnik. Ca. 40 Seiten davon sind den Programmierungstechnologien der MOS-PLDs vorbehalten - die im Buch bevorzugte FPGA-Technologie zur Schaltungsrealisierung. Zusammengeführt werden VHDL-Kenntnisse und Schaltungstechnik im 4. Abschnitt - der Logiksynthese oder dem "Übergang von der Register-Transfer- zur Gatter-Ebene" (125 Seiten) mit den Schwerpunkten Synthesegrundlagen, Beispielsysteme (4-Bit Mikroprozessor), Schaltwerke und Zähler,