KIP-Veröffentlichungen

Die vorliegende Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung einer Programmiersprache, die die Verwendung von partieller dynamischer Rekonfiguration (DPR) innerhalb einer bereits existierenden Frameworks vereinfacht.

Obwohl schon seit den neunziger Jahren bekannt, fristet DPR trotz ihrer Vorteile ein Nischendasein. DPR verspricht, die Flexibilität von Software mit der Geschwindigkeit von Spezialhardware zu vereinen. Bis jetzt existiert jedoch noch kein allgemeines Framework, dass die Entwicklung vereinfacht und gleichzeitig Tests und Verifikation erlaubt. Daher enstanden bis jetzt auf diesem Gebiet ausschließlich Insellösungen, die das Wiederverwenden bereits entwickelter Komponenten erschweren.

Ausgehend von einer Analyse des Bedarfs auf dem Gebiet physikalischer Experimente nach schneller Hardware zur Datenverarbeitung stellt die vorliegende Arbeit eine objektorientierte Programmiersprache vor, die Threads an Objekte koppelt und so die Beschreibung der partiellen Bestandteile auf einer höheren Abstraktionsebene ermöglicht – die Parallel Object Language (POL). Ihre Nähe zur Programmiersprache Java ermöglicht eine rasche Einarbeitung. Ein Kommunikationskonzept ähnlich zu Qt abstrahiert die Netzwerkinfrastruktur der Frameworks.

Die Spezifizierung der Sprache und ihrer Wechselwirkung mit der Kommunikationsinfrastruktur auf dem FPGA führt zur Entwicklung eines Compilers, der die Übersetzung der Sprache nach VHDL implementiert. Zusätzlich wird die Übersetzung von POL nach Java vorbereitet, um jedes Design vor der Synthese in Software vortesten zu können.

Anhand einer Beispielanwendung wird die Verwendung der Parallel Object Language in der Praxis illustriert und die Leistungfähigkeit der Sprache vermessen. Die Arbeit schließt mit einer Beurteilung des Erreichten ab und gibt einen Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten der Sprache.

In this thesis the development of a programming language is described that simplifies the use of Partial Dynamic Reconfiguration (DPR) within an already existant framework.

Already known in the ninetees, utilisation of DPR remained poor despite its benefits. DPR promises to unite the flexibility of software with the speed of custom hardware. Until now, however, no common framework exists that simplifies the development and supports the testing and the verification. Therefore, solely isolated applications have been created, making the reuse of present hardware components difficult.

Coming from an analysis of the need for fast hardware in physical experiments and its benefits for data processing, this thesis introduces an object oriented programming language – the Parallel Object Language (POL). It ties threads and objects together, permitting a high level description of dynamic parts for reconfiguration. Being close to the Java language, POL keeps the initial learning curve moderate. A communication concept similar to the one used in the Qt toolkit encapsulates the network architecture of the framework.

The specification of the Parallel Object Language and examination of its interaction to the communication infrastructure on the FPGA leads to the development of a compiler that translates the language to VHDL. Additionally, the translation of POL to Java is prepared, so every design can be tested in hardware before synthesis.

The usage of the language is illustrated with an example application and its performance is measured.
This thesis finishes with a review and gives an outline for further improvements and possibilities.