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Advanced FPGA-Design

Organization

  • This course will be held in English.
  • This course is intended for master's students.
  • The lecture is held by Prof. Dr. Guillermo Payá Vayá. The exercise is supervised by the research assistants.
  • Entry in the official course directory (not available yet).
  • The lecture is is held in presence, Monday 13:15 to 14:45, Raum IZ 161, Gebaeude Mühlenpfordtstraße 23 (4103).
  • The exercise takes place Monday after the lecture, 15:00 to 16:30. The exercise is held as an hands-on exercise including examples in the laboratory.

Description

After completing the module, the students know how to design and optimize complex circuits on modern FPGA devices. Moreover, they are capable to efficiently use all the embedded dedicated hardware modules, e.g., DSPs, different embedded memories, I/O high speed interfaces, or analog-to-digital converters. This course makes emphasis on the design of high performance circuits by understanding the FPGA architecture limitations and including dynamic and partial reconfiguration mechanisms. The students will be introduced to emerging reconfigurable logic devices and their use in demanding technical applications.

Contents

  • Introduction to Reconfigurable Computing

  • FPGA Basic Architecture (incl. DSP blocks, embedded memories, soft and hard processors) (Review)

  • Additional Architectural Elements of FPGAs (Boundary scan, I/O cells (PLLs), MIG, transceivers, analog-to-digital converters, ...)

  • FPGA Memory Technologies (SRAM, EPROM, Flash, Anti-Fuse, MRAM)

  • High-Performance Circuit Design on FPGAs

  • Dynamic and Partial Reconfiguration Mechanisms (incl. Space-Time FPGAs)

  • Design Tools for FPGAs (incl. VTR)

  • FPGA-Based Applications

Examination

  • The examination will be an oral examination. Dates will be announced in the course during the semester.

Comments

  • The courses “Hardware-Software-Systems”, “Digital Circuits Design”, and “Hardware Praktikum” are recommended as preparation for this course.

Literature

  • Palchaudhuri, A.; Chakraborty, R.S.; „High Performance Integer Arithmetic Circuit Design on FPGA“, Springer, 2016

  • Deschamps, J-P.; Sutter, G.D.; Cantó, E. : „Guide to FPGA Implementation of Arithmetic Functions“, Springer, 2012

  • Rodriguez-Andina, J.J.; et. al.: „FPGAs. Fundamentals, Advanced Features, and Applications in Industrial Electronics“, CRC Press, 2017

  • Ashenden, P.: "The Designers Guide to VHDL", Morgan Kaufmann, 3rd revised edition, November 2006

  • Bergeron, J.: "Writing Testbenches: Functional Verification of HDL Models", Springer-Verlag, 2003

  • Betz, V.; Rose, J.; Marquardt, A .: "Architecture and CAD for Deep-Submicron FPGAs”, Kluwer, 1999

  • Bobda, C.: "Introduction to Reconfigurable Computing", Springer-Verlag, 2007

  • Grout, I.: "Digital System Design with FPGAs and CPLDs", Elsevier Science & Technology, 2008

  • Hunter, R.; Johnson, T.: "VHDL", Springer-Verlag, 2007

  • Meyer-Baese, U.: "Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays", Springer-Verlag, 2007

  • Rahman, A.: "FPGA based Design and applications", Springer-Verlag, 2008

  • Sikora, A.: "Programmierbare Logikbauelemente”, Hanser-Verlag, 2001

  • Wilson, P.: "Design Recipes for FPGAs", Elsevier Science & Technology, 2007

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