Die Forschungsgebiete des Lehrstuhls Hardware-Software-Co-Design umfassen alle Aspekte des systematischen Entwurfs (CAD) eingebetteter Systeme, speziell die Arbeitsgebiete Ablaufplanung (Scheduling), Platzierung, Verdrahtung sowie Lastverteilung. Untersucht werden sowohl innovative und adaptive Rechnerstrukturen und Spezialprozessoren (ASIPs, RISPs) und deren Programmierung, als auch die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen wie Simulatoren, Compiler und Prototypen. Einen weiteren Schwerpunkt bilden diskrete Optimierungsmethoden, insbesondere lokale und globale Suchverfahren, lineare Programmierung, Mehrzieloptimierungsverfahren und deren Anwendung im Kontext der optimalen Auslegung technischer Systeme.

System-level Design Automation

Laufende Projekte

	AEOS: Aktororientierte Synthese und Optimierung digitaler Hardware/Software-Systeme auf Systemebene In diesem Projekt werden neue Methoden zur Synthese von Verhaltenmodellen zur optimalen Implementierun als heterogene Multi-Processor-System-on-a-Chip untersucht. Dies beinhaltet auch neuartige Hardware und Softwaresynthesemethoden sowie Syntheseansätze über Hardware/Software-Grenzen hinweg.
	INI.FAU: Das wissenschaftliche Kompetenzzentrum der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in Ingolstadt Mit dem Institut INI.FAU geht die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg neue Wege in Forschung und Lehre. Gemeinsam mit der AUDI AG entsteht am Standort Ingolstadt ein regionales Kompetenzzentrum, das dem wissenschaftlichen Nachwuchs einmalige Arbeitsbedingungen bietet, um theoretisches Wissen für die Praxis anwendbar zu machen. Ziel ist es vor allem, die Fahrzeugelektronik durch neue Methoden in der Simulation, im Entwurf, in der Datenanalyse und in der Sicherheitstechnik weiter zu entwickeln.
	SFB694 Teilprojekt B5: Fertigungsorientierte Entwurfsmethodik für Software eingebettet in Komponenten mobiler Systeme Elektronik und Software stellen heutzutage das größte Innovations- allerdings auch das höchste Pannenpotential im Automobilbau dar. Deshalb werden in diesem Teilprojekt fertigungsorientierte und modellbasierte Softwareentwicklungsmethoden zur Kompensation von Fertigungstoleranzen, Alterungsprozessen und Fehlern von eingebetteten Systemen untersucht. Mit dem Ziel Qualität und Zuverlässigkeit eines Systems zu analysieren, nachhaltig zu verbessern und das Problem des Variantenreichtums zu behandeln, sollen neue Entwurfsmethodiken erforscht werden.
	SystemCoDesigner: Entwurfsraumexploration für eingebettete Systeme In diesem Projekt werden neue Modelle und Methoden zur automatischen Entwurfsraumexploration für eingebettete Systeme auf der Systemebene untersucht. Das grundlegende Problem stellt die optimale Allokation von Ressourcen sowie die optimale Bindung von Prozessen auf diese Ressourcen dar. Zum Einsatz kommen hierbei moderne Mehrzieloptimierungsverfahren sowie symbolische Techniken. Weiterhin besteht eine Kopplung zur Systembeschreibungssprache SystemC.
	SEIS: Sicherheit in eingebetteten IP-basierten Systemen Das Gesamtziel des SEIS-Projekts ist es, die sichere Verwendung des Internet Protocols in eingebetteten Systemen zu fördern, um die Grundlage für weitere Innovationen und Effizienzsteigerungen zu legen. Unsere Vision ist dabei die durchgängige, sichere Verwendung von IP in allen Anwendungsbereichen.
	JReliability: Eine Java Bibliothek zur Zuverlässigkeitsanalyse komplexer Systeme JReliability erlaubt es komplexe Systeme mittels Boolescher Funktionen zu modellieren und typische Kennwerte der Zuverlässigkeit und Verlässlichkeit wie Mean-Time-To-Failure (MTTF) oder Mission-Times (MTs) vollautomatisch zu bestimmen. JReliability ist eine plattformunabhängige Java Bibliothek und unter LGPL lizenziert (Open Source).
	Opt4J: Ein flexibles Optimierungsframework auf Java Basis Opt4J ist ein schlankes aber dennoch sehr flexibles Framework um verschiedene Optimierungsalgorithmen wie Evolutionäre Algorithmen, Partikel Schwärme oder Simulated Annealing auf synthetische Benchmarks als auch real existierende Problemstellungen anzuwenden. Opt4J ist unter LPGL lizenziert und damit frei verfügbar (Open Source) sowie in Java implementiert und damit plattformunabhängig.

Abgeschlossene Projekte

SpecVer: Verifikationsgerechte Spezifikation komplexer Systeme SpecVer erforscht neue Methoden zum Entwurf komplexer Systeme am Beispiel der Telekommunikationstechnik. Im Unterschied zu bisherigen Systemen werden auf hohem Abstraktionsniveau einsetzende, für nachträgliche Änderungen offene Top-Down-Zugänge zur Spezifikation sowie zur engeren Verknüpfung von Spezifikation und Verifikation entwickelt. Dadurch wird die Produktivität und Fehlersicherheit dieser Entwurfsschritte nachhaltig erhöht ("first-time-right"). Die Ergebnisse lassen sich auf andere Bereiche z.B. Automotive, übertragen.

Architecture and Compiler Design

Laufende Projekte

	Dedizierte massiv parallele Systeme In diesem Projekt mit dem Namen PARO werden Verfahren zum Entwurf von feinkörnigen massiv parallelen VLSI Schaltungen untersucht. Eine Teilklasse dieser Architekturen ist unter dem Namen systolischer Felder bekannt. Obwohl diese Rechner keine eigenständigen Rechner darstellen, spielen sie - eingesetzt als Coprozessoren - eine wichtige Rolle in Systemen, die ein hohes Maß an Dediziertheit und Rechenleistung erfordern. Der Entwurf und die Integration dieser Komponenten in größere Systeme macht die Implementierung und Anwendung spezieller Entwurfsverfahren notwendig, die den Entwurf vom Algorithmus bis zur Schaltung automatisiert.
	CoMap: Co-Design massiv parallel eingebetteter Prozessorarchitekturen Das Projekt beschäftigt sich mit der systematischen a) Abbildung, b) Evaluation und c) Exploration von massiv parallelen Prozessorarchitekturen, die für spezielle Anwendungen im Bereich von Eingebetteten Computern entwickelt werden. Die zu untersuchende Klasse von Computerarchitekturen besteht aus massiv parallel vernetzten Prozessorelementen, die durch heutige Hardwaretechnologie in einem einzigen Chip (SoC - System on a Chip) integriert werden können.
	MAP: Multi-Core Architectures and Programming In diesem Projekt werden aktuelle Systeme mit mehreren Kernen betrachtet. Beispiele solcher Architekturen sind Graphikkarten, welche bis zu 240 so genannter Steaming-Prozessoren enthalten, oder auch der Cell-Prozessor, welcher ein Power Processing Element (PPE) und 8 Coprozessoren, sogenannte Synergistic Processing Elements besitzt. Neben den Architekturen selbst werden vor allem parallele Programmiermethodiken und die Abbildung von Algorithmen auf solche Architekturen untersucht.

Abgeschlossene Projekte

Entwurf anwendungsspezifischer Prozessoren Betrachtet werden die Probleme der Modellierung, Simulation und des systematischen Entwurfs anwendungsspezifischer Instruktionssatzprozessoren (engl. application-specific instruction-set processors, ASIPs). Dazu gehören beispielsweise digitale Signalprozessoren (DSPs) und Mikrocontrollerarchitekturen. Untersucht werden neuartige Simulationskonzepte sowie bessere Compilerverfahren zur Unterstützung dieser Klasse von Architekturen.

Reconfigurable Computing

Laufende Projekte

	ESM (Erlangen Slot Machine): Eine flexible Plattform für dynamisch rekonfigurierbare Rechner Dieses Projekt hat zum Ziel, eine neuartige Plattform zur Realisierung von Diensten zur partiellen und dynamischen Rekonfgurierbarkeit aufzubauen, die in der Lage ist, die erforschten Modelle und Optimierungsmethoden zur Rekonfguration auch technisch umzusetzen und im realen Feld zu erproben. Die ESM-Plattform wird in der Lage sein, dynamische Hardwarerekonfguration für viele interessante Problembereiche effzient umzusetzen, insbesondere im Bereich von Video-Streaming-Algorithmen und im Zusammenhang mit Knotenausfällen im Projekt ReCoNets. Mehr Informationen finden Sie hier im ESM Wiki!
	ReCoNodes: Optimierungsmethodik zur Steuerung hardwarekonfigurierbarer Knoten In diesem Projekt wird der bislang nur unzulänglich automatisierte Zugang zu rekonfigurierbaren Schaltungen, insbesondere FPGA-basierten Architekturen, erschlossen durch Bereitstellung von Modellen und Optimierungsmethoden im Zusammenhang mitder dynamischen Hardwarerekonfiguration. Diese Modelle und Methoden sollen schließlich in einer Art Betriebssystem für Hardwarefunktionen resultieren, das die Verwaltung der Ressourcen zur Laufzeit übernimmt.
	ReCoNets: Entwurfsmethodik für eingebettete Systeme bestehend aus kleinen Netzwerken hardwarerekonfigurierbarer Knoten und Verbindungen Das Ziel des Projekts ist die Erforschung einer Entwurfsmethodik für eine Klasse neuartiger Rechnerarchitekturen, die sich durch die besonderen Eigenschaften der Vernetztheit und der Rekonfigurierbarkeit auf Hardwareebene auszeichnen und die für einen speziellen technischen Kontext entwickelt werden (eingebettetes System). Die Rekonfigurierbarkeit ist hierbei nicht auf die einzelnen Hardwaremodule (Knoten des Netzwerks) beschränkt, sondern muss auch für die Knotenverbindungen gelten. Typische Anwendungsfelder für rekonfigurierbare Netzwerke sind die Automobilelektronik oder Body-Area-Netzwerke.
	ReKoSys: Kognitive eingebettete Systeme auf Basis dynamisch rekonfigurierbarer Hardware In dem Projekt ReKoSys erforschen die vier Kooperationspartner Techniken zum Einsatz kognitiver Funktionen in eingebetteten Systemen unter Verwendung dynamisch rekonfigurierbarer Komponenten. Anwendung in den Bereichen der Automotive-Netzwerke und der Sicherheitstechnik bilden dabei den Rahmen in dem die Forschungsergebnisse eingebettete werden sollen.
	2D/3D-Videoüberwachung Ziel des Vorhabens ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, um Bildinformationen von einer hybriden 2D/3D-Kamera für die Videoüberwachung zu nutzen. Mit diesem Ansatz wollen wir erreichen, dass eine automatischen Videoüberwachung ohne die Hilfe eines menschlichen Betrachters möglich ist.

Kooperative autonome Systeme

	Organic Bus In dem Projekt Organic Bus (gefördert durch das DFG im SPP 1183 Organic Computing) soll ein organischer Ansatz zur Analyse, Entwurf und Optimierung bus-basierter Kommunikationssysteme untersucht werden. Das Ziel dieses Ansatzes ist es, die Nachteile herkömmlicher reiner offline Entwurfsmethoden zu umgehen.
	AIS (Autonome Integrierte Systeme) Das Clusterforschungsprojekt AIS (gefördert durch das BMBF, Förderkennzeichen: 01~M~3083) hat sich zum Ziel gesetzt, eine neue Entwurfsmethodik für autonome integrierte Systeme zu erforschen, um deren Robustheit, Zuverlässigkeit und Sicherheit zu erhöhen. Mit dieser neuen Entwurfsmethodik werden Architekturkomponenten mit autonomen Eigenschaften dimensioniert und Komponenten in einem Explorations- und Integrationsprozess auf Systemebene mit einer Betriebssystemumgebung kombiniert. Zur Validierung werden prototypische Implementierungen erarbeitet und die Interoperabilität demonstriert. Siehe hierzu auch die Pressemitteilung des BMBFs vom 5.Februar 2010: html pdf
	Robots @Home Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines alltagstauglichen Robotersystems. Das autonome System "Robertino" soll sich selbständig in haushaltsähnlichen Umgebungen zurechtfinden und bekannte Probleme aus dem Alltag lösen. Um das System mit anderen autonomen System vergleichen und dadurch auch verbessern zu können, ist ein Hauptziel dieses Projektes die Teilnahme am 2006 gegründeten Wettbewerb "Robocup@Home".
	Kognitives Vision System Um Robotern kognitive Fähigkeiten zu ermöglichen, werden in diesem Projekt verschiedenste kognitive Bildverarbeitungsalgorithmen erforscht und angewendet. Der Alltag in der Wohnung stellt hierbei wieder das Anwendungsszenario dar. Ein weiterer Schwerpunkt bildet die Entwicklung kognitiver Kamerasysteme in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut IIS.