Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs (eBook)

- 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, arithmetische Einheiten, Matrixspeichereinbezug, Bussysteme, Schnittstellen und typische Fehler. Der 5. Abschnitt (ca. 90 Seiten) behandelt die Systemrealisierung mit FPGAs, also den "Übergang von der Gatterebene zum physikalischen realen Objekt". Nachdruck wird hier auf den physikalische Entwurf von FPGAs, die Verdrahtung und das Zeitverhalten, die Taktverteilung sowie die Simulation des Zeitverhaltens mit VHDL gelegt. Der letzte Abschnitt schließlich (40 Seiten) beschreibt die Modellierung digitaler Schaltungen mit SystemC auf Register-Transfer-Ebene. Der Anhang enthält einige nützliche Arbeitsergänzungen: Schaltzeichen (ANSI und DIN), Abkürzungen, VHDL-Syntax, die Strukturbeschreibung eines Beispielprozessors und vor allem sehr gut kommentierte Lösungen der Übungsaufgaben im Text. Mit dem Buch ist den Autoren eine sehr gute Kombination zwischen dem Funktionsverständnis digitaler Grundschaltungen und Systeme, einem "Mindest"-Kenntnisumfang der Hardwarebeschreibungssprache VHDL und ihrer Anwendung - der Implementierung in VHDL- Entwurfssysteme und der Umsetzung so entworfener digitaler Systeme in FPGAs - gelungen. Der Lernende wird dieses Buch sehr schnell als Lernmittel und Nachschlagewerk schätzen lernen. Dem Verlag ist zur Herausgabe dieses Buch sehr zu danken, wenn auch vielleicht bei einer Nach-/Neuauflage einige Kleinigkeiten bedacht werden sollten, wie etwa die Einrichtung einer Homepage mit den im Buch verwendeten VHDL-/Beispielen und vielleicht auch Hinweise zu verfügbaren VHDL-Systemen. Dessen ungeachtet kann das Buch nur jedem uneingeschränkte empfohlen werden, der sich mit digitaler Hardware und den zugehörigen EDA-Entwurfswerkzeugen befasst, sei es in der Ausbildung oder industriellen Praxis.