HW/SW Co-Design

Hardware und Software, von Anfang an gemeinsam gedacht. Klassisch entwickeln Hardware- und Softwareteams getrennt, und die großen Probleme zeigen sich erst, wenn alles zusammenkommt. HW/SW Co-Design entwirft beides gemeinsam.

Woran wir arbeiten

• Die richtige Aufteilung zwischen Hardware und Software finden
• Virtuelle Prototypen, auf denen Software schon läuft, bevor der Chip existiert
• Simulationswerkzeuge, etwa für Raumfahrt- und Automobilelektronik

So werden Systeme früher fertig und besser aufeinander abgestimmt.

Virtuelle Plattformen mit SystemC/TLM

Für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ist in SoCRocket eine virtuelle Plattform in SystemC/TLM-2.0 entstanden. Sie bildet die flugerprobten IP-Cores der LEON3-Prozessorfamilie auf Transaktionsebene ab, sodass Architekturentscheidungen, Softwareentwicklung und Verifikation beginnen können, bevor es Silizium gibt. SoCRocket ist unter der GPL frei verfügbar.

Welche Abstraktion wie viel Simulationsgeschwindigkeit bringt, haben wir am Übergang von RTL zu TLM untersucht (NoCArc 2014). Wo SystemC/TLM heute in neuen Forschungsfeldern eingesetzt wird, fasst eine systematische Studie in den ACM Transactions on Design Automation of Electronic Systems (2025) zusammen.

Den Entwurfsraum automatisch erkunden

Ein eingebettetes System lässt sich auf sehr viele Arten aufteilen: welche Funktion in Hardware, welche in Software, auf wie vielen Kernen, mit welchem Speicher. Statt jede Variante von Hand aufzubauen, automatisieren wir die Suche.

• Eine universelle Scripting-Schnittstelle für SystemC (Dissertation von Rolf Meyer, 2024) macht Modelle aus Skriptsprachen heraus konfigurierbar, instrumentierbar und vergleichbar.
• Werkzeuge erkunden die HW/SW-Partitionierung und den Entwurfsraum von Mehrkernsystemen automatisch (DVCon 2017, NORCAS 2016).
• Ein standardkonformes Berichts- und Logging-Framework für SystemC (ACM TECS 2016) macht die Ergebnisse auswertbar.

Sicherheit früh im Entwurf

Schwachstellen, die erst auf dem fertigen Chip auffallen, sind teuer. Mit dem offenen Framework SCA-WAL (IEEE Embedded Systems Letters, 2025) bewerten Andrija Neskovic und Kollegen, wie anfällig ein Entwurf für Power-Seitenkanalangriffe ist, schon auf RTL- und Netzlistenebene. In Shift2SDV (EU, Chips Joint Undertaking, 2025 bis 2028) vergleicht ein digitaler Zwilling neue Softwareversionen für Fahrzeuge mit ihren Vorgängern und hilft so, manipulierte Over-the-Air-Updates zu erkennen, bevor sie ein Fahrzeug erreichen. Wie Funktionen unterschiedlicher Kritikalität sicher auf einer Hardware laufen, haben wir in EMC2 untersucht.

Vom Sensor bis zur Edge

Im Fahrzeug arbeiten Sensoren, Steuergeräte und Zentralrechner zusammen. In EMDrive (DATE 2024) haben wir an einer verteilten Rechen- und Diagnosearchitektur vom Sensor bis zur Edge mitgearbeitet, in EEmotion am Hardwarekonzept für eine KI-gestützte Regelung beim automatisierten Fahren. Die Frage ist jedes Mal dieselbe: welche Aufgabe auf welcher Hardware, damit Echtzeit, Energie und Sicherheit zusammenpassen.

Die Methoden der Gruppe lehren wir in der Vorlesung Hardware/Software Co-Design im Master, mit SystemC als Beschreibungssprache.