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System on Chip Design

System on Chip (SoC) vereint Mikroprozessoren, funktionsspezifische Peripherie- oder Codec-Bausteine sowie meistens auch frei programmierbare Logik (FPGA) auf einem gemeinsamen Silizium-Chip. Damit lassen sich äusserst leistungsfähige, flexible und zudem kostengünstige Systeme mit schneller Datenverarbeitung und Datenübertragung herstellen. Das InES fokussiert in diesem Schwerpunkt auf das Zusammenspiel von Hardware und Software innerhalb von SoCs, insbesondere auf die Architektur, den Entwurf und die Programmierung von SoCs mit frei programmierbarer Logik.

Programmierbare Logik hat heutzutage weitgehend applikationsspezifische integrierte Schaltungen sowie Gate Arrays ersetzt. Grund dafür sind die geringen «Non-recurring Expenses» und die Möglichkeit, Hardware und Software im Feld zu aktualisieren.

Wegen der hohen Umsatzzahlen konnten die führenden Hersteller von programmierbarer Logik ausgedehnte Forschung betreiben und ihre Produkte ausbauen. So sind neben zahlreicher, in Makrozellen konfigurierbarer IPs, so genannte Softcore-Prozessoren und viele fest eingebaute Hochleistungsfunktionen standardmässig integriert. Beispiele sind GBit-Chip-zu-Chip-Kommunikation, Dual-Core-RISC-Prozessoren und Speichercontroller. Die Architekturen und Entwicklungswerkzeuge dazu werden immer anspruchsvoller. Somit werden Ingenieure, die FPGA-Schaltungen formal entwerfen und verifizieren können, zu Spezialisten. Das InES forscht an netzwerkorientierten Geräten, bei denen der Einsatz von FPGAs ein zentraler Bestandteil ist. Typische InES-Projekte, bei denen FPGAs eingesetzt werden, sind ein redundantes Kommunikationssystem entlang Bahngleisen, Audio/Video Switching über Wide Area Networks und Bildwiedergabe in medizinischen Geräten.

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