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Kostenoptimierte FPGA-Plattformen für MSR-Anwendungen

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Digitale Signalverarbeitung und Regelungstechnik mit FPGA

FPGA: Kostenoptimierte FPGA Plugin-Module für industrielle Steuerungen
FPGA: Kostenoptimierte FPGA Plugin-Module für industrielle Steuerungen
(Bild: MSC / Parametric Engineering)
FPGAs bieten bereits durch die Möglichkeit der Parallel-Verarbeitung von Signalen große Vorteile für Realtime-MSR-Systeme. Sehr viele Timing-Probleme, mit denen sich Entwickler von Mikrocontroller- und DSP-Software herumschlagen, existieren bei FPGAs nicht.

Die Logikdichte in den Bauteilen hat in letzter Zeit aber stetig zugenommen, und heute lässt sich bedeutend mehr mit programmierbaren Logikbausteinen realisieren als noch vor einigen Jahren. Bedingt durch die steigenden Gate-Zahlen der FPGAs und der dadurch steigenden Möglichkeiten erhöht sich auch der Entwicklungs- und Verifikationsaufwand. Ein auf Platzverbrauch und Verifikation hin optimiertes Design ist daher unerlässlich.

System-On-Chip-Plattformen steigern die Produktivität

Glücklicherweise erleichtern System-On-Chip-Plattformen die Arbeit und bewirken eine enorme Produktivitätssteigerung. Diese bei ASICs etablierte Technologie hat sich erst in den letzten Jahren für FPGAs soweit entwickelt, dass kostengünstige Systeme auch in Stückzahlen damit entwickelt werden können.

Ein Plattform-Provider hat die Aufgabe, zu all diesen Funktionsblöcken passende IPs (vorgefertigte und verifizierte Funktionsblöcke) zur Verfügung zu stellen, die dann je nach Applikation zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt werden können.

Da die Vorverarbeitung und Charakterisierung der Eingangssignale für den Regler (zum Beispiel die Bestimmung von Frequenzen, Temperaturen, RMS-Werten, Jitter, Maximum/Minimum ) durch platzoptimierte FPGA-Logik parallel und in Echtzeit erledigt wird und die Daten über den On-Chip-Bus abrufbar sind, kann für den Regler-Kern selber je nach Anwendung ein günstiger, externer oder auf dem FPGA integrierter Mikroprozessor benutzt werden.

FPGA-Hersteller sowie Third Party Provider bieten Unterstützung

Eine Alternative ist das Design eines Reglers ohne Software auf dem FPGA mit Zuhilfenahme von existierender Signalverarbeitungs-IP (FFT, CORDIC, CIC, usw.). Die FPGA-Hersteller sowie Third Party Provider bieten mittlerweile eine Anzahl sauber entwickelter und voll verifizierter Funktionsblöcke an, die einfach an On-Chip-Bussysteme angebunden werden können (ARM AMBA, Wishbone, Avalon, usw.). Dieser IP-basierte Ansatz wird auch durch die Design-Software sauber unterstützt.

FPGA basiertes Plattform-Konzept: FPGA-Funktionsblöcke, Software-Unterstützung, Design Services und Referenzdesigns
FPGA basiertes Plattform-Konzept: FPGA-Funktionsblöcke, Software-Unterstützung, Design Services und Referenzdesigns
(Bild: MSC / Parametric Engineering)
Bedingt durch die vielen Möglichkeiten, die sich dem Entwickler bei diesen Systemen bieten, muss eine kostenoptimierte anwendungsspezifische Plattform nicht nur FPGA-Funktionsblöcke enthalten, sondern auch Software-Unterstützung, Design Services und Referenzdesigns. Mit einer umfassenden Plattform ist ein Prototyp des Systems für die Softwareentwicklung und die Verifikation der System-Funktionalität rasch aufgebaut, so dass sich die Entwicklungszeit für den Kunden minimiert. Solche FPGA-Design-Projekte können bei richtiger Durchführung auch mit einer agilen Software-Entwicklung synchronisiert werden.

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