Fünf ungewöhnliche Anwendungen für Datenerfassungsgeräte
FPGAs revolutionieren die Messdatenerfassung
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Präzises Timing und hohe Zuverlässigkeit für kritische Aufgaben / Anwendung MicroNova
Für kritische Verarbeitungsaufgaben, bei denen keine Ausfälle vorkommen dürfen und die Timing- und Determinismus-Anforderungen besonders strikt sind, eignet sich die R-Serie besonders. Weil die FPGA-Hardware parallel arbeitet und es keinen komplexen Softwarestack gibt, sind FPGA-Anwendungen in der Regel wesentlich zuverlässiger als entsprechender Prozessorcode. Zudem ergibt sich aus der Beschaffenheit der FPGAs und den präzisen Taktsignalen, dass die Anwendungen mit einem höheren Determinismus arbeiten. Dadurch lassen sich echtzeitfähige Steuer-, Regel-, Überwachungs- oder Prüfsysteme realisieren, die auch über eine lange Betriebsdauer hinweg vorhersehbar reagieren.
Die Sensorsimulation ist ein Beispiel für eine Anwendung, die ein hohes Maß an präzisem Timing und an Zuverlässigkeit erfordert. Es handelt sich dabei um den Prozess, den Eingängen eines Prüflings realistische Sensorsignale bereitzustellen und zu untersuchen, wie der Prüfling unter vielfältigen Betriebsbedingungen reagiert. FPGAs eignen sich besonders für die Sensorsimulation, weil sie an verschiedene Sensortypen mit Anforderungen an präzises Timing angepasst werden können. Die Module der R-Serie können Sensorausgänge simulieren, PWM-Signale generieren und dekodieren, integrierte Entscheidungsfindung anhand gemessener Werte durchführen sowie verschiedene Analog- und Digitalsignale beliebiger Sensoren oder Prüflinge unabhängig voneinander emulieren.
Aus der Praxis
MicroNova erstellt schlüsselfertige Informationssysteme für die HIL-Simulation in der Automobilindustrie, darunter Testsysteme für Karosserie, Infotainment, Chassis und für die elektronische Steuerungseinheit des Antriebssystems. Mithilfe von Karten der R-Serie, die mit LabVIEW FPGA programmiert wurden, entwickelte MicroNova ein flexibles, programmierbares Antriebs-HIL-System, das eine Direkteinspritzdüse mit bis zu zwölf Zylindern simuliert. Eine solche Simulation war auf diese Weise erstmals möglich.
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Herausforderungen bei der FPGA-Programmierung
Zu den Vorteilen, die ASIC-basierte Datenerfassungsgeräte mit sich bringen, zählt die Flexibilität der Software, die für die Entwicklung zur Verfügung steht. Unter diesem Gesichtspunkt betrachtet scheinen FPGAs manchmal zu aufwendig, weil sie mit klassischem HDL-Code programmiert werden, was dem Anwender ein hohes Maß an Fachwissen abverlangt. Allerdings können FPGAs auch grafisch programmiert werden, und zwar mithilfe von LabVIEW FPGA und Multifunktions-RIO-Hardware der R-Serie von NI. Mit LabVIEW FPGA braucht der Anwender die genaue Funktionsweise des FPGAs oder die HDL-Programmierung nicht zu kennen, was das Schreiben von I/O-Schnittstellen und das Entwickeln von Mechanismen zur Datenkommunikation erheblich vereinfacht. Die Systemdesignsoftware LabVIEW nutzt nicht nur bestehendes IP, sondern umfasst ein weitreichendes Ökosystem von FPGA-IP-Bibliotheken. Komplexe Systeme können damit effizienter und in kürzerer Zeit entworfen werden. Weil LabVIEW außerdem mit vielfältiger Hardware kommunizieren kann, muss bestehende Datenerfassungshardware nicht ausgetauscht werden, und es ist auch nicht nötig, ein System vollständig auf die R-Serie zu migrieren. Stattdessen können Anwender ihre PC-basierten Systeme optimieren, indem sie programmierbare FPGAs neben dem bestehenden System einsetzen. Das führt zu einer maßgeblichen Produktivitätssteigerung und verkürzt gleichzeitig die Markteinführungszeit.
- FPGAs revolutionieren die Messdatenerfassung
- Benutzerdefiniertes Timing und Triggern / Anwendung OptiMedica
- Benutzerspezifische digitale Kommunikationsprotokolle / Anwendung Harris RF Communications
- Integrierte Signalverarbeitung / Anwendung Cal-Bay Systems
- Präzises Timing und hohe Zuverlässigkeit für kritische Aufgaben / Anwendung MicroNova
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