TechGI 2 für TI (Bachelor)

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Technische Grundlagen der Informatik 2 - Digitale Systeme ist ein TechGI 2 begleitendes Praktikum für Technische Informatiker.

Inhalt

Organisatorisches

Die Lehrveranstaltung wird vom Fachgebiet Rechnertechnologie angeboten. Es besteht ausschließlich aus Rechnerübungen in Kleingruppen, in denen VHDL vorgestellt wird und basierend auf Stoff aus TechGI2 Schaltungen entworfen werden.

In dieser Veranstaltung ist anhand der in Kleingruppen erbrachten Leistungen und mündlicher Rücksprachen beim Übungsleiter ein unbenoteter Schein zu erwerben. Zu den Leistungen gehört der Entwurf von Schaltungen in VHDL sowie das Erarbeiten von verschiedenen Theorieaufgaben.

Entwurf elektronischer Schaltungen

Ziel der Veranstaltung ist es, den Studierenden einen Überblick über den Entwurf, die Simulation und das Testen von Hardware mit Hilfe professioneller Simulationssoftware zu verschaffen.

VHDL

Zum Entwurf von Hardware wird die gängige Hardwarebeschreibungssprache VHDL genutzt. Es ist ein internationaler Standard und somit ist die Sprache auch sehr gut an mehreren Stellen dokumentiert. Zur Lehrveranstaltung wird ein begleitendes Buch in elektronischer Form zur Verfügung gestellt. Es gibt noch weitere empfehlenswerte Literatur in der Universitätsbibliothek.

Arbeitsumgebung

ModelSim

Als Arbeitsumgebung wird ModelSim genutzt. ModelSim ist eine professionelle, leistungsfähig Arbeitsumgebung, von der Versionen für die gängigsten Betriebssysteme zur Verfügung stehen. Es ist im ZRZ-Netz auf Sun-Rechner verfügbar. Dazu bietet das Unternehmen noch Studentenversionen mit Lizensen für 180 Tage (die man aber ohne Weiteres verlängern kann). Diese Version nur für Windowsumgebung verfügbar. Man muss dabei beachten, dass man nicht versehentlich die Evaluationsversion und dazu unabhängig die Studentenlizenz runterlädt, sondern die Studentenversion unter dem Link Studentenprogram. Wie man mit dem Program arbeitet wird in der Übung erläutert.

Remote-Verbindung ins Fakultätsnetz

Am einfachsten klappt's mit dem Oracle Virtual Desktop Client. Software herunterladen, starten, mit Server verbinden und man erhält einen Login-Screen identisch zu den SunRays in der Uni. Tipp: Immer richtig ausloggen, sonst klappt möglicherweise der nächste Login nicht und man muss warten, bis die Session ausläuft.

Man kann auch versuchen, sich zum Netz mit SSH zu verbinden und die X-Session weiterzuleiten. Die genauen Anweisugen stehen in dem Artikel über SSH zur verfügung. Es wird aber eine (sehr) schnelle und stabile Internetverbindung benötigt. Die Nachteile sind natürlich vor allem, dass man den Zugriff auf Dateien nicht offline hat.

Laufanweisungen für Linux

Es gibt mehrere Möglichkeiten die Studentenversion vom ModelSim unter Linux laufen zu lassen.

Wine

TODO: Es ist mir gelungen, ModelSim unter Wine zum laufen zu bringen. Irgendwie nutzte ich diese Option aber nicht mehr. Also irgendwas musste schiefgelaufen sein, bzw. ich habe einfach damals noch die falsche Version runtergeladen und deswegen aufgegeben. Also mutig probieren und hier Anweisungen einfügen.

Virtual Machine

Eine Möglichkeit ist es, eine Windows Virtual-Machine einzurichten und darauf ModelSim laufen zu lassen. Es geht auf modernen Rechnern recht schnell. Windows kann man sich frei über MSDNAA besorgen, also es sollte auch nicht das Problem sein. Freies Desktopvirtualisationsoftware gibt es für Linux auch genüg, z.B. KVM (bzw. QEMU), VMWare Server und VirtualBox.

Alternative: GHDL/GTKWave

Eine Alternative für ModelSim ist der freie gcc-basierende VHDL-Simulator GHDL. Er ist in den Paketquellen aller größeren Distributionen (Ubuntu, Gentoo :) ) und unterstützt VHDL87 und VHDL93 nahezu perfekt. Dazu erzeugt er Binaries der VHDL-Quellcodes, mit denen Waveform-Files (.vcd) erstellt werden können, die ihrerseits z.B. in GTKWave begutachtet werden können. Die VHDL Files können z.B. mit Kate (über Tools->Highlighting ist ein VHDL-Syntax Highlighting aktivierbar) editiert werden. Beispiele wie GHDL/GTKWave verwendet wird, findet man z.B. hier, auf Anfrage kann ich auch ein kleines Tutorial zusammenbauen. Das Vorführen mit GTKWave/GHDL wurde (zumindest bei mir) problemlos akzeptiert.

Alternative 2: VHDL Simili

VHDL-Simili ist ein kommerzieller VHDL-Simulator inkl. Waveform-Interface, der ModelSim _sehr_ ähnlich sieht. Die GUI basiert auch auf dem hässlichen TKL/TK, hat einen eigenen Quelltext-Editor mit Syntax Highlighting. Er ist in einer Speziellen Free-Version für Windows und Linux ohne Anmeldung kostenlos herunterladbar. Allerdings ist die Free-Version von der Leistung und Funktionsumfang eingeschränkt (Sollte für TechGI 2 Praktikum aber ausreichen) und die mitgelieferte Lizenz nur bis Oktober 2008 gültig (Stand Mai 08). Jedoch ist es gut Möglich, dass eine kostenlose Lizenzverlängerung der Free-Version bis dahin zur Verfügung gestellt wird.