Geautomatiseerde GSD-tools (Graphic System Design) bieden een complete configuratie voor de realisering van real-time processoren, industriële I/O-modules en herconfigureerbare FPGA’s (Field Programmable Gate Arrays). We kijken naar de rol van laatstgenoemde.
Een processor is optimaal toegerust voor het uitvoeren van besturingstaken, waaronder de communicatie tussen verschillende componenten binnen het systeem via uiteenlopende randapparaten (USB, Ethernet, WiFi en dergelijke). In combinatie met het besturingssysteem (OS) kan de processor. De modulaire I/O-benadering biedt mogelijkheden om een keuze te maken uit een grote verscheidenheid aan voorgedefinieerde I/O.
Eigenschappen FPGA
De FPGA is geschikt voor het realiseren van uitvoerings- en besturingstaken waarbij hoge snelheden of specifieke timing en triggering zijn vereist. Ook kunnen I/O-drivers worden gecreëerd om een interactie te bewerkstelligen tussen sensoren en transducers. Bovendien kan de FPGA zo vaak dat nodig is, worden geconfigureerd op iedere verandering in het systeem.
Het integreren van de drie genoemde componenten kan een uitdaging voor de ontwerper betekenen. De meeste ontwerpers zijn gespecialiseerd in een bepaalde component (processoren of FPGA’s) maar niet op beide. De uitdagingen op beide gebieden zijn anders en verschillen aanzienlijk van elkaar. Het op gestandaardiseerde wijze ontwerpen van een systeem vereist een groter en op meer verscheidenheid gebaseerd ontwerpteam.
Opbouw FPGA
Een FPGA is opgebouwd uit een grote hoeveelheid kleine logicablokken met flip-flop’s. Een FPGA is gebaseerd op RAM, wat betekent dat zij iedere keer moeten worden geconfigureerd tijdens het opstarten en bevat meestal grote digitale ontwerpen. FPGA’s werken standaard parallel: de verschillende bewerkingen zitten elkaar niet in de weg als ze gebruik moeten maken van dezelfde bronnen. Meerdere besturingslussen kunnen onafhankelijk van elkaar op uiteenlopende snelheden op een enkele FPGA draaien.
Een FPGA maakt gebruik van software om een zogenoemde hardware implementatie te bewerkstelligen. Het aanpassen van deze hardware kan op een eenvoudige manier plaatsvinden, namelijk door de software aan te passen en opnieuw te compileren.
Ontwerpomgeving
ISE (Integrated Synthesis Environment) is een hulpmiddel van Xilinx voor de synthese en de analyse van HDL-ontwerpen, waarmee de ontwikkelaar onder andere FPGA-ontwerp kan compileren en een aantal testen kan uitvoeren.
Een andere optie is het gebruik maken van LabView, de grafische ontwerpomgeving van National Instruments, waarmee met behulp van een FPGA module een FPGA ontwerp kan worden gerealiseerd, bijvoorbeeld binnen een CompactRIO Architectuur omgeving. Ook krijgt de gebruiker de faciliteiten om op een economische manier de complexiteit van de huidige embedded systeemontwerpen snel te realiseren.
Het complete artikel vindt u in het juni-nummer van Aandrijftechniek
