Wenn sich Prozessor und FPGA ergänzen Gesteigerte Flexibilität beim Rapid Prototyping

Rapid-Control-Prototyping-Systeme (RCP) auf Basis leistungsfähiger Prozessoren bilden eine ideale Plattform für den modellbasierten Entwurf und die Erprobung neuer Reglerkonzepte. In Anwendungen mit speziellen Anforderungen an die I/O-Funktionen können FPGAs ihre Stärken ausspielen und als Ergänzung zum Prozessor die Leistung und Flexibilität dieser Systeme steigern.

RCP-Systeme haben sich für den schnellen, modellbasierten Entwurf und den Test neuer Reglerkonzepte etabliert. Sie ermöglichen, Reglermodelle per Knopfdruck auf Echtzeit-Hardware zu implementieren und zur Laufzeit Modellparameter verändern und Signale erfassen zu können. Um eine nahezu uneingeschränkte Entwicklung zu ermöglichen, basieren diese Systeme auf leistungsfähigen Prozessoren, um selbst umfangreiche, rechenintensive Reglermodelle und I/O-Verarbeitung innerhalb kürzester Zykluszeiten ausführen zu können. Allerdings gibt es auch Anwendungen, bei denen schon die I/O-Funktionen so rechenintensiv sind, dass sie die verfügbaren Rechenkapazitäten für die Modellberechnung merklich reduzieren. Hierbei handelt es sich häufig um Anwendungen mit umfangreicher, schneller oder paralleler Datenvor- bzw. -nachbearbeitung. In solchen Fällen ist es sinnvoll, die I/O-Funktionen in geeigneter Weise auszulagern. FPGAs bieten aufgrund ihrer Hardware-Architektur und der damit verbundenen schnellen parallelen Abarbeitung die idealen Voraussetzungen hierfür. Hinzu kommt, dass die Anpassungsfähigkeit und Programmierbarkeit von FPGAs es ermöglichen, auch nachträglich neue I/O-Funktionen umzusetzen oder existierende zu verändern. Im Folgenden werden konkrete Problemstellungen und Lösungsansätze anhand praktischer Beispiele näher erläutert.