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FPGA und Arm-SoC kombiniert

Signale einfach verarbeiten

19. Mai 2021, 16:00 Uhr | von Oliver Helzle

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Signale einfach verarbeiten – Fortsetzung

Einfache Konfiguration

Sind die gewünschten Sensoren festgelegt, kann der Entwickler die Elektronik mit den entsprechenden Schnittstellen, FPGAs und Prozessoren sowie weiteren Schaltungsteilen und Komponenten definieren. Hema hat hierfür die Embedded-Vision-Design-Plattform entwickelt. Das modulare Konzept umfasst die Hardware ebenso wie Middleware und ein umfassendes Softwaregerüst (Bild 2). Kunden wählen ihre benötigten Schnittstellen und Funktionen aus und konfigurieren so ihre individuelle Elektronik. Momentan stehen bereits über 45 Building Blocks in der Hardware-Bibliothek zur Auswahl. Sie umfasst Schnittstellen wie USB, CAN, Ethernet, Wifi und Bluetooth ebenso wie zahlreiche spezielle Video- und Sensorschnittstellen. Rechenleistung und Speicher stellen System-on-Modules (SoMs) bereit, die entsprechend den Kundenspezifikationen mit FPGA-Logiken, bis zu sechs Arm-Prozessoren sowie Speicher als DDR oder Flash ausgestattet sind.

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EMV-kritische Komponenten rund um die Prozessoren sind hier bereits getestet und vielfach erprobt integriert. Weiterhin reduziert der modulare Aufbau Designrisiken ebenso wie Aufwand und Kosten beim Entwickeln. Dank eines standardisierten Steckverbinders können unterschiedliche SoMs mit derselben Hauptplatine zum Einsatz kommen – das erleichtert Upgrades und ermöglicht unterschiedliche Produktvarianten, ohne die zentrale Elektronik komplett neu zu entwickeln. Kündigen Hersteller SoMs oder ihre Bauteile ab, ermöglicht das Design außerdem ein einfaches Ersetzen durch funktionsgleiche neue Module. So wird die Lebensdauer der Hauptelektronik verlängert.

In sechs Wochen zum Prototyp

Hinter jedem Building-Block für das Hardwaredesign stehen Vorlagen für Schaltplan und Layout. Die Schaltungen kommen bereits in zahlreichen industriellen Anwendungen erfolgreich zum Einsatz. Für jedes Kundenprojekt ordnen Entwickler die Funktionsblöcke entsprechend den Kundenvorgaben auf der Platine an und optimieren das Routing. Der Aufwand dafür ist gegenüber einer Neuentwicklung deutlich geringer. Neue Funktionen oder kundenspezifische Schaltungen lassen sich einfach integrieren und Platinenformat, Maße und Anordnung sind frei wählbar. Sind alle Elemente gewählt, erfolgen das Fertigstellen des Designs, das Fertigen der Hardware sowie das Installieren und Programmieren der gewünschten IP-Cores und Software-Frameworks komplett unter einem Dach bei Hema Electronic in Aalen. Kunden erhalten ihre individuelle Elektronik so in kurzer Zeit – in der Regel bereits nach sechs Wochen.

Neben der FPGA-Programmierung und einem Betriebssystem für die Arm-Prozessoren gehören zum Software-Angebot von Hema umfassende Middleware für das Verarbeiten der Sensordaten sowie spezialisierte Softwarebibliotheken wie »Halcon« von MVTech. Zudem bietet Hema das Evaluationsboard »EVB1« an, das gebräuchliche Embedded Vision Building-Blocks auf einer Platine bereitstellt. In Verbindung dieser Vorleistungen in Hardware und Software können Kunden zu einem
frühen Zeitpunkt Funktionstests durchführen und in das Entwickeln ihrer eigenen Anwendung einsteigen.

Alle Schaltungen, Bauteile und das Layout der Prototypen sind grundsätzlich industrietauglich. Hierdurch zeichnen sich bereits die ersten Funktionsmuster über eine große Nähe zum späteren Serienprodukt aus. Für die Serienqualifizierung der Elektronik und das Fertigen steht Hema ebenso zur Verfügung wie für umfassende Unterstützung im Projekt- und Lifecycle-Management. Hierbei setzt das Unternehmen auf individuelle Beratung und Vereinbarungen. Großen Wert legt Hema ebenfalls auf Robustheit, Langlebigkeit und Langzeitverfügbarkeit der Elektroniken.

Multisignaldaten optimal nutzen

Es zeigt sich, dass Anwendungen und Geräte mit zahlreichen Sensoren und zum Verarbeiten verschiedener Signaldaten hohe und spezielle Anforderungen an die Elektronik stellen. Ein Optimum aus Schnittstellen, Rechenleistung und Programmierbarkeit stellen dabei Elektroniken dar, die FPGAs für das schnelle und effiziente Vorverarbeiten und Vereinheitlichen der Signaldaten nutzen. Arm-Prozessoren kommen hingegen für die eigentliche Analyse der Daten zum Einsatz. Solche Elektroniken sind auf die jeweiligen Anwendungen zugeschnitten und entsprechend individuell entwickelt.

Eine Alternative zu kompletten Neuentwicklungen ist die Embedded-Vision-Designplattform von Hema Electronic. Mit ihr stellen Anwender Hardware, Middleware für das Verarbeiten von Signalen sowie das Software-Framework für den schnellen Einstieg in das Entwickeln von Anwendungen aus einem Baukasten zusammen. So kommen sie in kurzer Zeit zum individuellen Prototyp ihrer Elektronik, sparen Zeit bis zur Serienreife und reduzieren mit bewährten Komponenten und Schaltungen das Risiko ihrer Designs.