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Bachelor-Arbeit / Forschungsarbeit Nr. 856 Design und Implementierung eines SATA-basierten Hardware- Messsystems in VHDL Methoden Themengebiete Entwurf digitaler Systeme Programmierung Rechnerarchitektur Hintergrund Zur Fehleranalyse und Validierung digitaler Logik-Designs sind Simulationen oft nicht ausreichend oder praktikabel. Stattdessen werden solche Designs zusammen mit einem Messsystem auf einem FPGA implementiert und im Betrieb analysiert. Hierbei wird eine Vielzahl interner Signale über ggf. sehr lange Zeiträume in Echtzeit protokolliert. Die dabei anfallenden Protokolldaten werden auf einer oder mehreren Festplatten eines Messrechners für eine Offline-Auswertung gespeichert. Eine bisher am Institut genutzte Messplattform überträgt Protokolldaten über eine Gbit-Ethernet- Schnittstelle an einen Messrechner. Diese Schnittstelle erweist sich zunehmend als Flaschenhals. Aufgabenstellung Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Hardware-Messsystems, das die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl interner Signale eines digitalen Logik-Designs in Echtzeit zu protokollieren und offline zu analysieren. Ein neuer Ansatz hierfür ist, die Protokolldaten direkt und mit einem proprietären Verfahren verteilt auf mehrere SATA-Festplatten oder - SSDs zu schreiben. Nach Abschluss einer Messung soll der über eine Ethernet-Schnittstelle verbundene Messrechner auf die aufgezeichneten Protokolldaten wahlfrei zugreifen können. Dies soll die Analyse interessanter Messzeitpunkte ermöglichen und die Übertragung der gesamten Protokolldaten auf den Messrechner überflüssig machen. Die Arbeit umfasst im Einzelnen: • Entwicklung eines Messsystem-Konzepts, das auf oben beschriebener Grundidee basiert und die Protokolldaten auf die bis zu vier Speichereinheiten verteilt • Implementierung des Messsystems basierend auf einem bestehenden SATA-Host-Adapter in VHDL • Programmierung eines Messsystem-Clients zur Offline-Analyse der Protokolldaten Erworbene Kenntnisse und Fähigkeiten Sie sind in der Lage, digitale Systeme in VHDL zu entwerfen und im industriellen Umfeld etablierte Entwicklungswerkzeuge, wie z.B. Mentor Graphics HDL Designer und Altera Quartus, sinnvoll einzusetzen. Darüberhinaus erarbeiten Sie sich Fachwissen in den Bereichen SATA und NFS (Network File System). Voraussetzungen Erwünschte Vorkenntnisse Entwurf digitaler Systeme Programmierkenntnisse in Java/C++ Technische Informatik I Kontakt

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Page 1: Messsystems in VHDL Design und Implementierung eines · PDF fileBachelor-Arbeit / Forschungsarbeit Nr. 856 Design und Implementierung eines SATA-basierten Hardware-Messsystems in VHDL

Bachelor-Arbeit / Forschungsarbeit Nr. 856Design und Implementierung eines SATA-basierten Hardware-Messsystems in VHDL

Methoden ThemengebieteEntwurf digitaler Systeme Programmierung

Rechnerarchitektur

HintergrundZur Fehleranalyse und Validierung digitaler Logik-Designs sind Simulationen oft nichtausreichend oder praktikabel. Stattdessen werden solche Designs zusammen mit einemMesssystem auf einem FPGA implementiert und im Betrieb analysiert. Hierbei wird eine Vielzahlinterner Signale über ggf. sehr lange Zeiträume in Echtzeit protokolliert. Die dabei anfallendenProtokolldaten werden auf einer oder mehreren Festplatten eines Messrechners für eineOffline-Auswertung gespeichert.Eine bisher am Institut genutzte Messplattform überträgt Protokolldaten über eine Gbit-Ethernet-Schnittstelle an einen Messrechner. Diese Schnittstelle erweist sich zunehmend alsFlaschenhals.

AufgabenstellungGegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklungeines Hardware-Messsystems, das dieMöglichkeit bietet, eine Vielzahl interner Signaleeines digitalen Logik-Designs in Echtzeit zuprotokollieren und offline zu analysieren. Einneuer Ansatz hierfür ist, die Protokolldatendirekt und mit einem proprietären Verfahrenverteilt auf mehrere SATA-Festplatten oder -SSDs zu schreiben.

Nach Abschluss einer Messung soll der über eine Ethernet-Schnittstelle verbundeneMessrechner auf die aufgezeichneten Protokolldaten wahlfrei zugreifen können. Dies soll dieAnalyse interessanter Messzeitpunkte ermöglichen und die Übertragung der gesamtenProtokolldaten auf den Messrechner überflüssig machen.Die Arbeit umfasst im Einzelnen:• Entwicklung eines Messsystem-Konzepts, das auf oben beschriebener Grundidee basiert

und die Protokolldaten auf die bis zu vier Speichereinheiten verteilt• Implementierung des Messsystems basierend auf einem bestehenden SATA-Host-Adapter

in VHDL• Programmierung eines Messsystem-Clients zur Offline-Analyse der Protokolldaten

Erworbene Kenntnisse und FähigkeitenSie sind in der Lage, digitale Systeme in VHDL zu entwerfen und im industriellen Umfeldetablierte Entwicklungswerkzeuge, wie z.B. Mentor Graphics HDL Designer und Altera Quartus,sinnvoll einzusetzen. Darüberhinaus erarbeiten Sie sich Fachwissen in den Bereichen SATAund NFS (Network File System).

Voraussetzungen Erwünschte VorkenntnisseEntwurf digitaler Systeme Programmierkenntnisse in Java/C++

Technische Informatik I

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