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FPGA

Entwicklung von schnellen Applikationen mit SDSoC und Zynq

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Der Zynq-Baustein kann bezüglich der Automatisierungs-Pyramide in die Steuerungs- und Prozessleit-Ebene eingeordnet werden. Im Folgenden einige Beispiel-Algorithmen aus der Automatisierungstechnik, die sich besonders zur Implementierung mit SDSoC eignen:

  • Signalverarbeitungs-Algorithmen: FIR-Filter, FFT
  • Bildverarbeitungs-Algorithmen: Sobel-Kantendetektion
  • Regelungstechnische Algorithmen: Zustandsregler mit Beobachter

Basis der Algorithmen ist die Funktion MAC (Multiplication-Accumulation). Im PL-Teil kann die MAC-Funktion massiv parallel ausgeführt werden. Des Weiteren sind interne Block-RAMs zu schnellen Daten-Speicherung und schnelle serielle Schnittstellen für den Austausch mit ADC/DAC implementiert [5]. Eine komplexere Variante der MAC-Funktion ist die Matrix-Multiplikation und Addition. Diese werden z. B. bei Zustandsreglern oder bei der Bildverarbeitung eingesetzt. Der Benchmark einer 32x32 Matrix-Multiplikation und Addition liefert mit der Hardware-Beschleunigung einen Faktor von 9,55 (bzgl. der Addition- und Multiplikation-Funktion).

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Fazit zum Entwicklungsprozess mit SDSoC

Die Vorteile des Entwicklungsprozesses mit SDSoC liegen in der hohen Abstraktion der C/C++-Modellierung und der automatischen Erzeugung der Hardware-Beschreibung (PL-Teil) ohne FPGA-Kenntnisse. Die Abstraktion ermöglicht einen einfachen Einsatz von vorhandenenAlgorithmen in C/C++, schnelle Benchmarks von Lösungsvarianten, eine schnelle Verifikation und somit die schnelle Realisierung von Prototypen.

Die SDSoC-Entwicklungsumgebung stellt eine von ASSP bekannte C/C++-Programmier-Umgebung dar. Sie dient der System-Architektur-Definition und Plattform-Erzeugung. Hierbei wurde besonders auf die Verbesserung der Produktivität der Applikations-Entwicklung Wert gelegt.

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Die Zynq-Familie bietet die Vorteile einen Hard-/Software-Codesigns. Hierbei ist der PS-Teil programmierbar und der PL-Teil rekonfigurierbar. Beide Teile können kundenspezifisch entwickelt und bei Bedarf beim Kunden modifiziert werden.

Zielgruppe des neuartigen Entwicklungsprozesses SDSoC auf Basis der Zynq-Familie sind System-, und Embedded-Software-Entwickler und Mechatroniker ohne schaltungstechnische Kenntnisse.

[1] Gessler, Ralf; Krause, Thomas: „Wireless-Netzwerke für den Nahbereich“, 2. Auflage. Springer Vieweg, 2015, ISBN 978-3-8348-1239-1

[2] Deutsche Messe AG Hannover: „Industrie erobert den Wachstumsmarkt Life Sciences“. URL: http://www.presseportal.de/pm/13314/2951945, 2015

[3] Gessler, Ralf; Mahr, Thomas: „Hardware-Software-Codesign“. Vieweg-Verlag, 2007, ISBN: 978-3-8348-0048-0

[4] Xilinx: “SDSoC Development Environment”. sdsoc-develoment-environment-backgrounder.pdf, 2015

[5] Gessler, Ralf: „Entwurf Eingebetteter Systeme“. Springer Vieweg, 2014, ISBN: 978-3-8348-1317-6

[6] Xilinx: „SDSoC Environment User Guide“. Ug1028-intro-to-sdsoc.pdf, 2015

* Prof. Dr. Ing. Ralf Gessler ist Dozent für Mikroprozessor-, Schaltungs- und Nachrichtentechnik und Eingebettete Systeme an der Hochschule Heilbronn, Campus Künzelsau

* B. Sc. Jochen Krause ist Akademischer Mitarbeiter im Studiengang Elektrotechnik, HS Heilbronn, Campus Künzelsau

* Dirk Schmitz ist Field Application Engineer für Xilinx FPGAs bei Silica Avnet

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