Aufrufe zur EDA-Clusterforschung

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Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 7:

Thema: "Automatisierter Firmware-Entwurf unter Berücksichtigung von Timing- und Power-Budgets für anwendungsspezifische Elektroniksysteme"

Mai 2015

Die Durchdringung der Mikroelektronik in eine Vielzahl von Steuerungs- und Sensor-Geräten ist ein anhaltender Trend, der sich in verschiedenen Anwendungsdomänen abzeichnet, sei es in der Automobiltechnik, in der Energieversorgung bei Power-Control-Geräten oder in der Mobilkommunikation. Diese Anwendungen stellen hohe Anforderungen an die maximal zulässige Leistungsaufnahme sowie den elektrischen Energieverbrauch und erfordern gleichzeitig die Einhaltung strikter applikationsspezifischer Zeitbedingungen.

In der Automobiltechnik werden z.B. zunehmend periphere, mikroelektromechanische Systeme (MEMS) in Form von hochintegrierten System-in-Package (SIP)-Lösungen eingesetzt. Diese SIPs müssen üblicherweise in applikationsspezifischen Zeitrastern die integrierte Sensorik auswerten und gleichzeitig eine sehr geringe elektrische Leistungsaufnahme aufweisen. Die Stromversorgung des Gesamtsystems erlaubt es dabei nicht, sämtliche Komponenten, wie z.B. einen Multicore-Prozessor, eine DSP-Einheit sowie die verwendeten MEMS (Beschleunigungssensor, Drehratensensor, Drucksensor, etc.) parallel zu betreiben. Große Änderungen der dynamischen Leistungsaufnahme führen zu einer stärkeren Belastung des Spannungsreglers und können den Analogteil stören sowie die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) negativ beeinflussen. Für derartige Systeme ist daher eine optimierte Gesamtsystemauslegung zu bestimmen, die einen sicheren Betrieb unter gegebenen Timing- und Power-Budgets ermöglicht.

Im Bereich von intelligenten Power-Control-Devices besteht die Herausforderung in der kundenspezifischen Auslegung des gesamten Systems unter Einbeziehung diskreter Bauelemente, wie Spulen und Widerständen. Die Funktionalität wird über die Firmware mit dem Ziel definiert, den Wirkungsgrad des Gesamtsystems unter Berücksichtigung von Art, Anordnung und Toleranzen der diskreten Bauelemente zu bestimmen. Die Ansteuerung muss gegebene Zeitbedingungen erfüllen und zielt auf eine Optimierung des Energieverbrauchs des gesamten Power-Control-Devices ab.

In der Mobilkommunikation bestimmt die Firmware zusammen mit den ausgeführten Applikationen den Energieverbrauch und damit verbunden die verfügbare Betriebs- bzw. Bereitschaftszeit sowie die Oberflächentemperatur eines Smartphones. Die Oberflächentemperatur resultiert dabei aus der Verlustleistung und ist ein kritischer Parameter bei der Systemauslegung eines Smartphones. Eine Lösung kann nur über vordefinierte Timing- und Power-Korridore erzielt werden, die unter Kontrolle der Firmware eines Smartphones liegen. Typische anwendungsspezifische Aktivitätsmuster können so analysiert und bewertet werden. Hierbei sind Power-Managementstrategien unter Berücksichtigung gegebener Zeitanforderungen zu explorieren, um z.B. Smartphone-Komponenten zum richtigen Zeitpunkt in einen definierten Betriebszustand (z.B. in den Sleep-, Idle- oder Run-Mode) zu überführen.

Alle erwähnten Domänen erfordern neue Techniken zur systematischen Auslegung der Firmware und der digitalen Hardware im Hinblick auf eine optimierte Ausnutzung applikationsspezifischer Timing- und Power-Budgets. Dies ermöglicht bei Power-Control-Anwendungen in der Industrieautomatisierung eine optimierte kundenspezifischen Auslegung des Systems, in der Automobiltechnik die Gewährleistung eines sicheren Betriebs unter gegebenen Timing- und Power-Budgets und in der Mobilkommunikation eine Erhöhung der Betriebs- bzw. Bereitschaftszeit mit reduzierten Oberflächentemperaturen. Der automatisierte Firmware-Entwurf soll daher in allen Domänen eine anwendungsspezifische Auslegung des Gesamtsystems im Hinblick auf Timing- und Power-Anforderungen ermöglichen und damit zu einem wichtigen Wettbewerbsvorteil Deutschlands im Bereich kundenspezifischer Elektroniksysteme führen.

Das vorgeschlagene Clusterforschungsprojekt soll Grundlagen und Methoden zur frühzeitigen und systematischen Firmware-Entwicklung unter Einbeziehung der zugrundeliegenden Hardware-Architektur bestehend aus digitalen und analogen Komponenten erforschen. Einen wichtigen Aspekt stellt dabei der Entwurf von optimierten Hardware/Firmware-Architekturen dar, die sich per Konstruktion Timing- und Power-deterministisch verhalten. Um dies zu erzielen, sind Modellierungsansätze notwendig, die die Analog/Digital-, Hardware/Software- und Software/Software-Schnittstellen adressieren, eine automatisierte Treibergenerierung erlauben und gleichzeitig Performanz, Leistungsaufnahme, Energieverbrauch und Registeranzahl optimieren. Im Bereich der Firmware-Entwicklung ist in vielen Anwendungen ein taktzyklengenaues Verständnis der Software sicherzustellen. Damit einhergehend sollen Strategien zum dynamischen Power-Management abgeleitet und in eine Constraint-basierte Laufzeitverwaltung integriert werden, die gegebene Constraint-Korridore berücksichtigt. Um eine frühe Bewertung der Hardware/Firmware-Architektur zu ermöglichen, sollen geeignete Ansätze zur Timing- und Power-Analyse mit speziellem Fokus auf den Firmware-Entwurf erforscht werden. Die erforschten Ansätze sollen anhand industrieller Beispiele aus den zuvor genannten Anwendungsdomänen Automotive, Industrieautomatisierung, Power Control und Mobilkommunikation evaluiert werden.

Informationen sowie Dokumente zur Antragstellung zu dieser EDA-Clusterforschungsinitiative finden Sie unter:
CFP7-Aufruf.zip
Pressemitteilung zum Aufruf

Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 6:
Thema: "Analog-Coverage für die Modellierung und Validierung von Analogen/Mixed-Signal-Systemen (ANCONA)"

Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 5:
"Verfahren für den Entwurf von dreidimensionalen nanoelektronischen Systemen" (NEEDS)

Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 4:
"Entwurf robuster nanoelektronischer Systeme" (ROBUST)

Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 3:
"Autonome Integrierte Systeme" (AIS)

Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 2:
"Funktionale Verifikation von Systemen" (FEST)

Aufruf zum EDA-Clusterforschungsprojekt 1:
"Strukturelle Synthese von analogen Schaltungen" (SAMS)