Kontron FPGAs für Embedded Systeme

Norbert Hauser, Kontron: »ARM und Android haben in den letzten sechs Monaten alles durcheinander gewirbelt.«
Norbert Hauser, Kontron: »Der FPGA-Markt steigt kontinuierlich und wir sind der Überzeugung, dass in einem kompletten Portfolio FPGA-basierte Designs nicht fehlen dürfen.«

Kontron ist für seine Intel-basierten Plattformen bekannt. Doch mittlerweile setzt das Unternehmen auch zunehmend auf FPGAs. Der Anstoß kam zuerst von Intel selbst, und zwar mit seinem Intel Atom E6x-SoC , doch inzwischen gibt es einige Boards, die ausschließlich mit einem FPGA bestückt sind.

»Jeder Ansatz - ob Prozessor, FPGA oder die Kombination aus beiden - hat seine eigenen Vor- und Nachteile«, erklärt Norbert Hauser, Executive Vice President Marketing bei Kontron. Den Einstieg in die FPGA-Welt machte Kontron mit seinem Single-Board-Computer »PCIe/104 Microspace MSMST«. Das Board ist mit dem bereits genannten Intel Atom-SoC  bestückt, bei dem ein Intel Atom-E6x-Prozessor und ein Arria-II-FPGA von Altera in einem Multichip-Gehäuse sitzen. Dank des FPGAs kann auf den Standard-Chip-Satz verzichtet werden. Dr. Harald Schmidts, Director Global Engineering bei Kontron, kommentiert: »Der Standard-Chip-Satz ist mit den I/Os ausgestattet, die der Massenmarkt braucht. Mit dem FPGA hingegen können eben auch I/Os realisiert werden, die keinem Standard entsprechen.« Und weiter: »Das Board bringt aber noch einen weiteren Vorteil: Da der Chip-Satz fehlt, fällt die Platine viel kleiner aus. Damit kann das Board überall dort zum Einsatz kommen, wo der Platzbedarf limitiert ist und wo eine flexible Peripherie gefordert ist.«

Neben diesem Board gibt es auch ein COM Express FPGA Starterkit auf Basis des Cyclone IV GX FPGAs von Altera. Das Starterkit ist mit allen Komponenten ausgestattet, die zur Evaluierung neuer Designs mit frei definierbaren I/Os benötigt werden. Dr. Schmidts: »Das COM Express Starterkit kann mit jedem CPU-Board variiert werden, angefangen beim Intel Atom Prozessor bis hin zu Intel Core i7.« So können die Komponenten des Starterkits und das ausgewählte Computer-on-Module sowie individuelle High Speed Mezzanine Cards (HSMC) mit zusätzlichen physikalischen Schnittstellen in wenigen Minuten zusammengesetzt werden, so dass Software-Entwickler unmittelbar mit der eigentlichen Programmierung der Plattform beginnen können. Mit dem Starter-Kit stehen den Entwicklern auch die entsprechenden Libraries und IP-Blöcke zur Verfügung. Dazu zählen beispielsweise ISA, CAN oder RS232 und PCI sowie industrielle Protokolle wie Profibus, EtherCAT, EthernetIP etc., die alle auf dem Altera-FPGA implementiert werden können. Dr. Schmidts weiter: »Wir haben auf der letzten SPS eine Profinet-Implementierung auf Basis eines Software-Stacks von Softing auf dem Nios II Soft-Core von Altera gezeigt.«

Neben der I/O-Erweiterung gibt es aber noch einen weiteren Grund, FPGAs zu nutzen. So merkt Hauser an, dass in vielen Fällen auch die Rechenleistung für den FPGA-Einsatz sprechen: »Nicht jeder kommt mit einem Intel Atom aus, manche brauchen mehr Rechenleistung. Und hier kann die hochgradige Parallelisierung von FPGAs von Vorteil sein.« Geht es dann noch um Rechenleistung in Kombination mit Flexibilität, dann sind FPGAs die erste Wahl. Dr. Schmidts weiter: »Ein Beispiel dafür ist die Bildanalyse. Das geht zwar auch mit DSPs, aber die sind eben nicht so flexibel. Und nachdem wir Boards entwickeln müssen, die in möglichst vielen Anwendungen eingesetzt werden können, ist die Flexibilität von FPGAs für uns von Vorteil.«

Die Programmierung von FPGAs gehört aber sicher nicht zu den Stärken von eingefleischten Embedded-Entwicklern? Und nachdem Hauser selbst darauf hinweist, dass Time-to-Market im embedded Markt immer wichtiger wird, stellt sich die Frage, wie die Programmierung in einer vollkommen fremden Sprache wie VHDL zu einem kurzen Time-to-Market passt. Dr. Schmidts: »Wir sind im Geschäftsmodell vollkommen flexibel. Das heißt, die Programmierung kann beim Kunden erfolgen, aber auch bei uns im Haus.« Dazu hat Kontron ein eigenes FPGA-Design-Team innerhalb seines Global Software Design Centers aufgebaut, die die FPGA-Programmierungen als optionalen Software Service übernimmt. Dr. Schmidts weiter: »Der Time-to-Market-Vorteil beruht darauf, dass dank der Flexibilität von FPGAs ein und dieselbe Hardwareplattform in verschiedenen Applikationen eingesetzt werden können. Damit reduziert sich die Entwicklungszeit und die damit verbundenen Kosten.«

Das hausinterne FPGA-Team hilft aber nicht nur bei der Implementierung, sondern entwickelt auch eigene IP-Cores, mit denen das IP-Portfolio von Altera sowie Xylinx und dem entsprechenden Eco-System ergänzt werden. So stehen mittlerweile diverse IP-Cores wie PC-Interfaces, GPIO, SATA, I2C, SD-Card, PCIe etc. zur Verfügung. »Wir haben beispielsweise IP-Cores für Optic Detection aber auch für ferroelektrisches RAM selbst entwickelt.« Daneben stehen laut Schmidts noch die IP-Cores für die verschiedenen Feldbusse zur Verfügung, aber auch IP-Blöcke für Bildverarbeitung. »Hier sind wir zum Teil auch selbst aktiv geworden, nutzen aber auch IPs, die am Markt verfügbar ist«, erklärt Dr. Schmidts abschließend.