IuK-Projekt am Institut für Mikroelektronik und Eingebettete Systeme. Prof. Dr.-Ing. Peter Schulz Sommersemester 2013

Transkript

1 am Institut für Mikroelektronik und Eingebettete Systeme Sommersemester

2 Das Institut imes bietet ein fortlaufendes Mechatronik-Projekt an. Der Einstieg ist semesterweise möglich. Die Laufzeit aus Teilnehmersicht beträgt 1 Jahr. Wir entwickeln Elektronik-Komponenten für Modellfahrzeuge: Sensor-Datenerfassung Aktuatorik-Ansteuerung Pilot-Assistenz Telemetrie Autonomie Anforderungen geringes Gewicht kleine Bauform geringer Strombedarf IE Im Sommersemester 2012 gestartet 1. Thema: Multisensorboard zur Situationserkennung in mobilen Anwendungen Fragestellung Wo bin ich? Wie ist meine Lage? Wohin bewege ich mich gerade? Wie hoch ist meine Geschwindigkeit? Sensoren: Beschleunigung Drehraten GPS-Empfänger Kompass Projektname: MOUSE³ Mobile Operating Unit with Sensorics and Embedded Electronic Enhancements IE 2

3 Stand des Projektes Beschaffung eines Versuchsfahrzeuges ( Aktion Modellbaumesse ) Systemkonzept erstellt HW- und SW-Anteile definiert Sensor-SW läuft Leiterplattenlayout erstellt Team SS 2012 bis WS 2012/13: 5 Teilnehmer Der Abschluss des es steht jetzt an. Einige Teilnehmer werden nach Abschluss des es auf dem Themengebiet im Rahmen des Praxisprojektes weiterarbeiten. IE Weiterer Verlauf SS 2013 Weiterführung des Projektes mit erweiterter Aufgabenstellung Erweiterung und Optimierung der Embedded Software weitere Sensoren, z.b. Ultraschall oder Anpassung an andere Fahrzeugtypen oder Erweiterung Richtung Antriebssteuerung Bis zu 8 Teilnehmer werden gesucht Tätigkeiten Leiterplattenentwurf Bauteilebibliothek, Schaltplaneingabe + Layout Fertigungsunterlagen -> Leiterplattenhersteller Prüfung der gelieferten Leiterplatten Digitalentwurf Sensor-/ Aktuator-Interfaces System on Programmable Chip IE 3

4 Tätigkeiten (Fortsetzung) Programmierung Entwicklungsumgebung Soft Design von Altium Start der Programmierung auf einem Evaluationsboard (Nanoboard3000) Portierung der Software auf die eigentliche Zielplattform Integration und Test Definition einer Testumgebung Aufbau eines Bewegungssimulators Ausstattung eines Modellfahrzeuges Programmierung der Testumgebung IE Lernziele Denken in Systemzusammenhängen fachübergreifende Aspekte Kostenbewusstsein Teamerfahrung Kommunikation Präsentation Wissensaustausch Projektverwaltung Technische Dokumentation Entwicklungsmethoden Embedded Systems System-on-Chip Softwareentwurf FPGA-basierter HW-Entwurf Leiterplattenentwurf IE 4

5 Erläuterungen zu den Lehrinhalten FPGA (Field Programmable Gate Array) programmierbarer Logikbaustein Realisierung komplexer Schaltnetze und Schaltwerke Pool von Logikressourcen konfigurierbar (z.b. boolesche Funktion) Verknüpfungen programmierbar Zusatzressourcen Taktmanagement Speicherblöcke DSP-Blöcke Kommunikationscontroller Erläuterungen zu den Lehrinhalten VHDL Hardwarebeschreibungssprache ähnlich einer Programmiersprache, aber kein sequentielles Paradigma simulierbar z.t. synthetisierbar für die Implementierung von ASICs oder FPGAs verschiedene Abstraktionsebenen ModelSim Simulationsprogramm für Hardwarebeschreibungssprachen VHDL, Verilog, SystemC Hersteller: Mentor Graphics 5

6 Erläuterungen zu den Lehrinhalten Simulink Erweiterung von Matlab zur grafischen Programmierung Grundidee: Lösung von Differentialgleichungen über Integrationsverfahren Beschreibung und Simulation kontinuierlicher Systeme auch geeignet zur Beschreibung diskreter Systeme somit anwendbar für digitale Signalverarbeitung Aus Simulink heraus kann Code generiert werden für Standardprozessoren (in C) für Signalprozessoren (in C) für ASICs oder FPGAs (in VHDL) Erläuterungen zu den Lehrinhalten Altium Designer Entwurfsprogramm für Leiterplatten FPGA-Schaltungen Konfiguration und Programmierung eingebetteter Mikrorechnersysteme 6

7 Erläuterungen zu den Lehrinhalten SoPC System on Programmable Chip Implementierung eines Mikrorechnersystems auf einem programmierbaren Chip (FPGA) In einem ersten Entwicklungsschritt wird das Mikrorechnersystem definiert (Hardwareentwurf) und das FPGA entsprechend konfiguriert. Im zweiten Schritt wird diese Konfiguration wie ein normales, eingebettetes Mikrorechnersystem (z.b. in C) programmiert (Softwareentwurf). FPGA-basieres Board für Ausbildung Prototyping Nanoboard 3000 Zielplattform für Altium Designer Soft-Design Reichhaltige Ausstattung mit Schnittstellen, z.b. Audio / Video Ethernet / USB Peripheriefunktionen, z.b. LCD-Bildschirm Speicher IE 7