FPGA Einsatz

Innovation (fast) ohne Risiko – FPGA Einsatz – In vielen Fällen der Königsweg

fpga_internetZur Beschleunigung von Entwicklungsprozessen bei gleichzeitig hoher Flexibilität spielen SoC‘s (System on Chip) eine immer wichtigere Rolle. Für extrem preissensitive Anwendungen werden auch im industriellen Umfeld dann häufig hochintergierte Prozessorlösungen aus der Unterhaltungselektronik adaptiert.

Auf Grund ihrer hohen Leistung und großen Flexibilität sind auch FPGA mit Prozessor– Core eine interessante Alternative. Insbesondere für Stückzahlen von < 1000 / Jahr oder sehr kurze Innovationszyklen sind FPGA Lösungen empfehlenswert. Aber auch verfügbare Leiterplattenfläche oder der Schutz vor schnellen Hardwarekopien können gute Gründe für einen FPGA sein.
 
Eingebettete Systeme, in denen FPGA wichtige Aufgaben übernehmen, sind inzwischen typisch für Entwicklungsprojekte von NetCo geworden. Umfangreiche Erfahrungen, gespeist nicht zuletzt aus den Problemen der Vergangenheit, sind inzwischen eine gute Voraussetzung für die schnelle Lösung auch komplexer Aufgaben. Eine weitere Schlüsselrolle spielen gute Mitarbeiter, die alle Entwicklungstools zu 100% beherrschen. 
 
Typische Applikation in der Messwerterfassung und Verarbeitung

Für das Realisieren der Schnittstellenanpassung an die Sensorik (ADC-Modul, Sensor-Modul) wird eine programmierbare Logik eingesetzt. Der FPGA wird zwischen CPU und Sensor geschaltet. Damit wird der Prozessor von den zeitkritischen, meist streng synchronen Abläufen der Sensoransteuerung entlastet. Gleichzeitig besitzt der FPGA ein Prozessorinterface. Über dieses Interface sind Steuerregister und ein DP- RAM ansprechbar.                

Hauptfunktionen des FPGA sind:

  • die Steuerung des Analog- Digital- Umsetzungsprozesses entsprechend den Vorgaben der ADC- Elektronik und der verschiedenen Betriebsmodi und
  • die Zwischenspeicherung der Messwerte (hier z.B. die einer CCD- Zeile oder eines CMOS Sensors) in einem DP- RAM.

Über den FPGA lassen sich verschiedene Messmodi einschließlich bestimmter Vorverarbeitungsalgorithmen (Mittelwert) einstellen. Auch die quasi verzögerungsfreie Triggerung der Messung durch externe Systeme kann so leicht realisiert werden.

applikationsbeispiel_fpga

In Erweiterung dieses Konzeptes kann die CPU und der FPGA zusammengelegt werden, z.B. durch Nutzung des Xilinx Virtex-4 mit integriertem PowerPC. Die Anbindung der Sensorik erfolgt weiter über selbst entwickelte IP-Cores, die in das Gesamtdesign eingebunden wurden. Die obige Abbildung zeigt ein Strukturdiagramm des Messsystems. Die Adapterkarte ist mit dem FPGA versehen. Neben dem PowerPC wurde zusätzlich ein Microblaze- Softcore integriert, um eine I²C Schnittstelle in Software und ohne Belastung des Hauptprozessors zu realisieren.
             
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