Atom + FPGA: Industrielle Referenzplattform für Echtzeit-Steuerungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Atom + FPGA: Industrielle Referenzplattform für Echtzeit-Steuerungen
Entwicklungs-Tools für das FPGA und seine Umgebung
Die Hpe_IRP-Plattform unterstützt verschiedene Taktsignale, eine auf einem Quarz basierende Systemfrequenz, zwei Oszillatoren, zwei PLL-Ausgänge des FPGA und eine externe Clock über den SMA-Stecker. Die für jedes digitale System erforderliche Taktgenerierung wird über die „Clock Factory“ erzeugt. Die Verdrahtung erfolgt in einem CPLD, die Synthese und Programmierung laufen automatisch ab.
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Mit dem Boundary-Scan-Tool Hpe_JTAG lässt sich das Board interaktiv debuggen und verifizieren. Das Tool erzeugt eine grafische Benutzerschnittstelle und sorgt über das JTAG Interface für die störungsfreie Beobachtung beliebiger Schnittstellen oder die Erzeugung von Testmustern.
Die industrielle Plattform wird mit einer umfangreichen IP-Bibliothek geliefert, die Makros unterschiedlicher IP-Provider enthält. Die IP-Bibliothek wird stetig erweitert, jüngst beispielsweise um eine Sercos3-Funktion, die über die beiden Ethernet-Ports realisiert wird. Mit Hilfe des IP-Manager-Tools Hpe_AIM lassen sich die verschiedenen IPs – auch vom Kunden selbst entwickelte Funktionen – direkt dem FPGA zuweisen. Alle in der IPBibliothek aufgeführten Makros sind von Gleichmann Research zertifiziert. Das bedeutet, dass ein funktionaler Test durchgeführt wurde und eine Beschreibung sowie Test-Pattern erhältlich sind. Nach der Konfiguration der IP-Komponenten generiert Hpe_AIM automatisch eine Netzliste, synthetisiert das Design und leitet den Bitstrom in das FPGA.
Zur Steigerung der Geschwindigkeit und der Qualität während der Designphase gibt es den Hardware-Beschleuniger für komplexe RTL-Simulationen „SEmulator“. Das Tool führt eine simulatorgesteuerte Emulation durch, kombiniert also die Simulation von einzelnen HDL-Blöcken und des Gesamtsystems mit der Synthese und dem Test des FPGA-Designs in einem Rapid-Prototyping-System. Der SEmulator wird direkt über PCI-Express an den Host-PC angeschlossen und unterstützt zahlreiche Funktionen wie Hardware-Beschleunigung, Hardware-in-the-Loop, Logic Analyzer und Hardware Fault Injector. Wichtig ist, dass die Hardware, für die es gar keine Simulationsmodelle gibt, frühzeitig in die Simulation eingebunden werden kann (Hardware-in-the-loop).
„Bindemittel“ Linux
Mit dem echtzeitfähigen Linux des Open Source Automation Development Lab (OSADL) nutzt die industrielle Referenzplattform eine offene Betriebssystemumgebung, die auf einer SATA-Harddisk vorinstalliert ist. Das Linux-RTOS kann optional auch über den integrierten SD-Card-Port gebootet werden, der vom Qseven-Modul unterstützt wird. Unter der Linux-Installation läuft das Soft-SPS-Programmiersystem CoDeSys von 3S-Smart Software Solutions, das unterschiedliche Feldbusund Echtzeit-Ethernet-Protokolle unterstützt. Die Applikations-Software ist „ready to use“ und umfasst neben speziellen Schnittstellentreibern auch zahlreiche Applikationsbeispiele. Der integrierte OPC-Server erlaubt über entsprechende OPC-Clients den uneingeschränkten Zugriff auf alle Echtzeit-Prozessdaten.
MSC liefert die komplette Referenzplattform Hpe_IRP inklusive Schaltpläne für das Basisboard, Demo-Beispiele, der Entwicklungs-Software, IPs und der Linux-Treiber. Das auf die breite Nutzung von offenen Standards ausgelegte Entwicklungspaket inklusive bewährter Design-Tools garantiert eine zuverlässige Konzeptüberprüfung und ein schnelles Prototyping. jk
Autor: | |
 | Wolfgang Eisenbarth woei@msc-ge.com |
Im Mittelpunkt der Referenzplattform Hpe_IRP steht ein Qseven-Modul, das mit dem Atom-Prozessor Z530 bestückt ist. Als programmierbare Komponente kommt ein Arria-GXFPGA von Altera hinzu (Bild 2). Durch diese Kombination hat sich die Suche nach I/O-Erweiterungen in einer passenden Bauform erledigt – sie werden einfach im FPGA implementiert, ggf. zusammen mit Custom-Logik. Die Entwicklungs-Tools dazu werden mitgeliefert. Zu ihnen gehören auch ein Simulator, ein automatisches Verbindungswerkzeug sowie eine umfangreichen Bibliothek an Echtzeit-Funktionen.
Das Herz der Referenzplattform ist das von MSC entwickelte Qseven-Modul Q7-US15W. Auf einer Leiterplattenfläche von 70 × 70 mm2 enthält es einen besonders stromsparenden Atom-Prozessor der Z5xx-Serie sowie den Intel System Controller Hub US15W. Das Modul gibt es in Ausführungen sowohl mit dem Z530 (1,6 GHz) als auch mit dem Z510 (1,1 GHz) (Bild 3). Bereits auf dem Qseven-Modul sind zahlreiche Standardschnittstellen vorhanden, die über einen MXM-Steckverbinder auf das Trägerboard übertragen werden: zwei PCI-Express-Lanes, acht USB-2.0-Hubs, zwei Serial-ATA-Ports, LPC, SDIO sowie Intel High Definition Audio. Verglichen mit COM-Steckerpaaren sind die Kosten wesentlich günstiger. Dank seiner geringen Verlustleistung eignet sich das MSC-Q7-US15W-Modul besonders für lüfterlose oder batteriebetriebene Anwendungen im industriellen Umfeld.
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