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Wenn sich Prozessor und FPGA ergänzen

Gesteigerte Flexibilität beim Rapid Prototyping

4. August 2011, 14:33 Uhr | Von Frank Mertens und Thomas Sander

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Rapid-Control-Prototyping-System mit FPGA

Aufgrund der genannten Vorteile hinsichtlich I/O-Verarbeitung setzt dSpace bei der neuesten Generation des fahrzeugtauglichen RCP-Systems MicroAutoBox II auf FPGAs. Um dem Entwickler auch die Flexibilität der freien FPGA-Programmierung zugänglich zu machen, bietet dSpace die DS1401/1511/1512-Variante der MicroAutoBox II an (Bild 2). Diese enthält ein in VHDL oder mittels Xilinx System Generator programmierbares FPGA-Board auf Basis eines Xilinx-Spartan-6-FPGAs. Um Latenzzeiten für die I/O-Verarbeitung möglichst gering zu halten, wurde das FPGA über einen parallelen I/O-Bus an den Prozessor angebunden und bietet direkte Schnittstellen zu den I/O-Wandlern. Diese sind aus Gründen der Flexibilität auf separate, auf das FPGA-Board steckbare I/O-Module ausgelagert und lassen sich je nach Anwendung austauschen.

Um ein breites Anwendungsspektrum zu adressieren, bietet dSpace mit dem „DS1552 Multi-I/O Module“ ein universelles I/O-Modul an, das über viele schnelle und leistungsfähige I/O-Wandler sowie verschiedene serielle Schnittstellen verfügt. Die Einbindung dieses Moduls in Simulink wird dabei durch das „dSpace RTI FPGA Programming Blockset“ ermöglicht (Bild 1).

Neben der universellen Nutzbarkeit kann das FPGA-Board aber auch zur anwendungsspezifischen I/O-Erweiterung verwendet werden. Mit dem „DS1553 AC Motor Control Module“ (ACMC) existiert eine Lösung, die speziell für die Regelung von Elektromotoren ausgelegt ist. Dabei handelt es sich um ein Modul mit vielen spezifischen Schnittstellen für die verschiedenen Arten der Rotor-Positionserfassung (Schnittstellen u.a. für Hall-Sensoren, Encoder, Resolver, EnDat, SSI) und die Ansteuerung der Leistungsendstufen. Unterstützt wird dieses Modul von einem vordefinierten Simulink-I/O-Blockset, mit dem sich die grundlegenden Kommutierungsverfahren (Block- und Sinus-Kommutierung) sowie PWM-synchrone Mess- und Ansteuerkanäle realisieren lassen.

In Fällen, in denen eine Anwendung eine darüber hinausgehende Unterstützung spezieller Wandler oder I/O-Funktionen erfordert, kann auch eine kundenspezifische Lösung entwickelt und dank des Modulkonzepts einfach integriert werden.