Systemdesign / Co-Simulation
Von der Idee zum Prototyp - schnell, flexibel und effizient
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Sensorentwicklung in SystemC
Die hier beschriebene Methodik wurde für einen magnetischen Geschwindigkeitssensor angewandt. Solche Sensoren erfassen Drehzahl und -richtung eines rotierenden Rades und werden als berührungslose, robuste und kosteneffiziente Lösung in verschiedenen Anwendungen (Raddrehzahl, Getriebe, Kurbelwelle und Nockenwelle) verwendet. Typischerweise wird ein magnetischer Encoder an die Welle angebaut, der Sensor erfasst die aus der Rotation erzeugte Magnetfeldänderung. Alternativ erzeugt ein Back-Bias-Magnet ein konstantes Feld, das durch die Drehung eines Stahlrads moduliert wird. Die beiden Optionen sind in Bild 2 dargestellt.
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Um das Magnetfeld zu erfassen, werden verschiedene Arten von Sensorelementen verwendet. Am gebräuchlichsten ist das Hall-Prinzip oder die Messung eines Widerstandes, der sich mit dem Magnetfeld ändert, beispielsweise nach dem GMR- (Giant Magneto Resistance), TMR- (Tunnel Magneto Resistance) oder AMR- (Anisotropic Magneto Resistance) Prinzip.
SystemC-basierte Modelle werden häufig verwendet, um das Verhalten einer integrierten Schaltung in Bezug auf die Anforderungsdefinition zu simulieren und zuverlässig zu beurteilen. Dabei werden verschiedene mögliche Architekturen untersucht und die Hardwareanforderungen für jeden Schaltungsblock überprüft.
Ausgehend vom Blockdiagramm und den Produktanforderungen wurde ein SystemC-Modell eines neuen Getriebesensors entwickelt. Zur Beschreibung der Analogmodule wurde insbesondere SystemC-AMS verwendet, für die digitale Domäne SystemC.
Zur korrekten Beschreibung des Sensorverhaltens ist eine detaillierte Beschreibung der digitalen Algorithmen erforderlich. SystemC bildet das digitale Verhalten hinreichend gut nach. Außerdem lassen sich Simulationen, im Vergleich zu Hardwarebeschreibungssprachen wie Verilog oder VHDL, schneller und einfacher ausführen (sowohl unter Unix als auch Windows). Nach der Kompilierung kann das Modell übergeben und so die IP geschützt werden.
Regressive Simulationen
Das SystemC-Modell wird anhand zahlreicher Simulationen gegenüber realen Anwendungsfällen validiert. Bild 3 zeigt den Simulationsablauf dazu.
Der Magnetfeldvektor, als Eingabe für das SystemC-Modell, wird mit FEM-Simulationen berechnet. Dafür wurde der Ablauf optimiert, womit die Anzahl der Anwendungsfälle erhöht und der Automatisierungsgrad gesteigert werden konnte. Insbesondere werden die Stimuli und die Ergebnisse jetzt in SystemC erzeugt, das erhöht auch die Simulationsgeschwindigkeit. Matlab-Skripte steuern die Modellparameter- und Test-Konfiguration.
Der Stimuli-Generator kann die folgenden Anwendungsfälle generieren, wobei das Magnetfeld aus den FEM-Simulationen als Eingabe verwendet wird: Vorwärts-/Rückwärts-Rotation, Richtungswechsel, plötzliche Luftspaltänderung, Winkel- und Luftspalt-Vibrationen, Rundlauffehler des Rades und der Streufeldeinfluss.
- Von der Idee zum Prototyp - schnell, flexibel und effizient
- Sensorentwicklung in SystemC
- Automatische HDL-Übersetzung
- Synthese auf dem FPGA
- Ergebnisse und Schlussfolgerung
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