VHDL Crash Course: ein multimedialer Lehransatz
Inhalte und Motivation
Moderne Anwendungen wie die künstliche Intelligenz oder die Bildverarbeitung für das autonome Fahren erfordern immer mehr Rechenleistung. Maßgeschneiderte Hochleistungs-Hardwareplattformen sind daher unerlässlich, um die Anforderungen dieser Anwendungen zu erfüllen. Aus diesem Grund ist die Fähigkeit, komplexe digitale Hardware auf Register-Transfer-Level (RTL) mit einer Hardwarebeschreibungssprache (HDL) wie VHDL zu entwerfen, eine sehr wichtige Kompetenz für zukünftige Elektroingenieure. Da VHDL darüber hinaus ein weit verbreiteter Industriestandard ist, erlaubt die Beherrschung dieser Sprache einen leichteren Übergang in die Berufswelt, in der viele Systeme auf diese HDL angewiesen sind.
Das Erlernen von VHDL ist jedoch eine Herausforderung. Die Studierenden müssen von konventionellen Programmierparadigmen zu einer RTL-Denkweise übergehen, was einen Wechsel von sequentiellem zu parallelem Denken erfordert. Daher fällt es den Studierenden häufig schwer, VHDL zu erlernen und die Syntax im Vergleich zu herkömmlichen Programmiersprachen wie C++ oder Java zu verstehen. Erst nach einer gewissen Zeit der Übung haben die meisten Studierenden ein grundlegendes Verständnis von HDL.
In unserem Praktikum Entwurf digitaler Systeme (PES) beobachten wir zu Beginn jedes Semesters eine große Heterogenität unter den Studierenden in Bezug auf die Vorkenntnisse in VHDL, was die Betreuung erschwert. Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben wir einen VHDL-Crashkurs zur Vorbereitung der Studierenden auf ein Laborpraktikum entwickelt, der aus Lehrvideos und passenden Online-Übungen auf der ILIAS-Lernplattform besteht.
Der Crashkurs dient auch als Auffrischung, um Masterstudierende darauf vorzubereiten, ihr theoretisches Wissen in praktischen Übungen anzuwenden. Im Vergleich zu bereits frei verfügbaren Tutorials basieren unsere Lehrvideos auf einer Lerntheorie (Cognitive-Affective Theory of Learning with Media; CATLM), um einen besseren Lernerfolg zu erzielen. Dabei ist das Hauptziel dieser Videos, die wichtigsten Basiskonzepte vorzustellen und kurze Beispiele zu zeigen, um den Studierenden einen Einblick in die Anwendung von VHDL zu geben.
Weitere Informationen
Der Kurs besteht aus neun Modulen und ist komplett in englischer Sprache. Interessant ist er speziell für Interessierte der Lehrveranstaltungen „Praktikum Entwurf digitaler Systeme“ und „Digital Hardware Design Laboratory“.
Konzeptioniert und produziert wurden die Videos von Fabian Kreß, der auch als Moderator die Inhalte präsentiert. Unterstützt wurde er bei den Dreharbeiten im ITIV-Videostudio von Iuliia Topko und Vladimir Sidorenko. Alle drei sind Doktoranden im Team von Prof. Becker.
Vorgestellt werden die Lehrvideos vom 05. Bis 08. August 2024 in München auf der IEEE German Education Conference (GECon) 2024. Unter dem Motto "Networking Education in Germany" soll die hybride Konferenz eine Plattform bieten, um Lehrkonzepte und -methoden in deutschen akademischen Einrichtungen, einschließlich Universitäten, Fachhochschulen und Fernuniversitäten, zu diskutieren.
Hier geht es zur Playlist der Lehrvideos auf Youtube.