Erweiterte Horizonte beim Hardware-Design

Transkript

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2 Die einzigartigen Eigenschaften der heutigen Elektronikprodukte werden zunehmend durch die programmierbaren Soft - Elemente des Designs bestimmt. Lesen Sie, welche Auswirkungen dies auf die physikalische Hardwareplattform hat. Hier erfahren Sie mehr... Die Entwicklung von konkurrenzfähigen Elektronikprodukten erfordert Designs mit eindeutigen und erkennbaren Vorteilen. In der Vergangenheit konnte die Art und Weise, wie die Bauteile auf der Baugruppe platziert und verbunden wurden, erheblich zur Differenzierung eines Produkts beitragen. Auf Grund der zunehmenden Globalisierung der Branche und der Standardisierung der Schnittstellen ist diese Differenzierung auf Baugruppenebene heute jedoch nur schwierig zu erreichen und zu halten. Die Elektronikprodukte haben sich in Folge von neuen Technologien stetig weiterentwickelt. Das wirkliche Alleinstellungsmerkmal ist heute allerdings die in das Gerät integrierte Intelligenz. Dieser Trend hat sich seit der Einführung kostengünstiger Mikroprozessoren vor gut 20 Jahren mit rasanter Geschwindigkeit fortgesetzt. Diese zunehmende Verlagerung in den Soft -Bereich bedeutet, dass der wirkliche Wert eines Produkts weitgehend von der in das Gerät hinein programmierten Intelligenz abhängig ist, und nicht von den Eigenschaften seiner physikalischen Plattform. Für Unternehmen, die Elektronikprodukte entwickeln, bedeutet dies, dass sich der Aufwand für die Implementierung von Details auf Baugruppenebene langfristig kaum rentiert. Dagegen stellt die auf Standard-Mikroprozessoren laufende Software für einzelne Teile des Elektronikdesigns eine ideale Lösung dar. Durch die notwendige Steuerung und Anpassung der zugrundeliegenden Hardware-Plattform in Embedded-Systemen wird jedoch das Design der kundenspezifischen Baugruppe zu einer erheblichen Herausforderung und macht einen Großteil der Elektronikentwicklung aus. Durch den Einsatz von programmierbaren, kostengünstigen Hardware-Bausteinen mit hoher Kapazität, wie FPGAs, kann ein sehr viel größerer Teil des Design-Prozesses in den Soft -Bereich verlagert werden. Dies befreit Designer von den Einschränkungen einer festen Plattform für die Hardware-Implementierung. Das Versagen traditioneller Design-Lösungen Ein wichtiger Aspekt ist dabei die zunehmende Komplexität und gegenseitige Abhängigkeit der zugehörigen Design- Prozesse. Da immer mehr Anteile des Designs auf eine Soft -Plattform verlagert werden, verwischen sich die Grenzen zwischen den traditionellen Design-Disziplinen Hardware, Software und FPGA Design. Ein unabhängiges Handling dieser Design-Elemente mit meist separaten Tools wird damit immer schwieriger und ineffizienter. Durch den Übergang zu höheren Abstraktionsebenen innerhalb der individuellen Prozesse lässt sich diese Komplexität meistern. Dies ist z.b. durch die Einführung von höheren Software-Sprachen und VLSI-Hardware-Bausteinen möglich. Gleichzeitig ist für die einzelnen Bereiche eine immer höhere Spezialisierung erforderlich. Schließlich müssen die einzelnen Elemente des Designs zum eigentlichen Produkt zusammengeführt werden. Durch die zunehmende Spezialisierung der einzelnen Teile wird es jedoch immer schwieriger, das Puzzle zusammen zu fügen. Als Folge dauern Designs immer länger und die Produktinnovation leidet. Wird mit punktuellen Werkzeugen versucht, schrittweise an das Design von Elektronikprodukten heranzugehen, dann ist dies wie wenn mit einer Lösung von gestern versucht wird, mit der heute sich rasant entwickelnden Branche weiter Schritt zu halten. Um konkurrenzfähig zu bleiben, suchen die Produktentwicklungsteams nach neuen Möglichkeiten, um leistungsfähigere, intelligente Designs schneller auf den Markt zu bringen. Gleichzeitig muss dabei die zunehmende Komplexität des gesamten Design-Prozesses noch beherrscht werden können. 2

3 Eine vereinheitlichte Lösung Anstatt die Design-Aufgabe wie bisher mit einer Reihe unabhängiger Prozesse anzugehen, die irgendwann miteinander verbunden werden, eröffnet eine vereinheitlichte Methodik ganz neue Möglichkeiten. Sie sieht den Produktdesignprozess als eine Gesamtaufgabe. Die Vereinheitlichung des Designprozesses auf einer Plattformebene schafft ein Produktentwicklungssystem, das mit der Komplexität des Designs umgehen und dabei das Potential von Soft -Design und programmierbaren Bausteinen nutzen kann. Durch das Zusammenführen aller Hard- und Softwareelemente des Design-Prozesses innerhalb einer eng verbundenen Umgebung, lässt sich ein einziger Design-Flow und ein entsprechendes Datenmodell erstellen, das den Prozess dramatisch vereinfacht. Dies fördert die Innovation und reduziert die Produktentwicklungszeiten. Entscheidend dabei ist, dass bei einer Vereinheitlichung der Designprozesse eine Umgebung geschaffen wird, in der die Abstraktionsebene dieser Prozesse insgesamt angehoben werden kann, und nicht nur innerhalb der einzelnen Teile herkömmlicher punktueller Tools. Somit lässt sich die Komplexität von modernen Designs als Ganzes betrachten. Dies führt zu einer neuen Herangehensweise an das Elektronikdesign, mit der sich die Produktivität steigern und die Notwendigkeit für hoch spezialisierte Design-Fähigkeiten reduzieren lässt. Ein wirklich vereinheitlichtes System bietet ein Design-Paradigma, das die programmierbare Technologie von heute voll ausnutzen und dadurch die notwendigen Produktivitätsvorteile bieten kann, die für einen wirklichen Wettbewerbsvorteil durch eine nachhaltige Produktdifferenzierung erforderlich sind. Neudefinition der physikalischen Hardwareplattform Die physikalische Hardwareplattform ist heute in der Regel eine speziell für den Kunden gebaute Baugruppe, die als integraler Bestandteil des allgemeinen Produktentwicklungsprozesses entwickelt wird. Ein vereinheitlichtes System erlaubt den Designern die Arbeit mit einem Soft -Design-Paradigma und die Einbettung der Intelligenz des Produkts - sowohl der Hardware, als auch der Software - in programmierbare Elemente auf der Baugruppe. Die Baugruppe wird so einfach zu einem Host für intelligente Bausteine und eine Reihe von standardisierten physikalischen Schnittstellen. Diese verbinden die programmierte Intelligenz mit der externen Welt. Durch derartige Soft -Design-Paradigmas wird immer weniger individuelle Hardwareentwicklung auf Board-Ebene notwendig. Vielmehr ergibt sich ein alternatives Konzept auf der Basis von rekonfigurierbarer Standard-Hardware. Wenn diese auf leicht verfügbaren und kostengünstigen programmierbaren Bauteilen mit hoher Kapazität beruht, bietet dieser Ansatz den Designern eine umfassende Lösung für ihre Hardwareplattform. Zudem lassen sich dabei die mit der Produktion von Prototyp- und Produktions-Hardware verbundenen Hindernisse und Verzögerungen auf ein Minimum reduzieren oder sogar ganz eliminieren. 3

4 Intelligentere, rekonfigurierbare Hardware Das NanoBoard-Konzept von Altium wurde geschaffen, um das ganze Potential von programmierbaren Bauteilen als Entwicklungsplattform nutzen zu können. Kurz gesagt: das NanoBoard stellt eine vom Hersteller unabhängige, hoch konfigurierbare Hardwareplattform dar, die direkt mit Altium Designer, dem vereinheitlichten Designsystem von Altium, kommuniziert, und zwar über das Kommunikationsprotokoll NanoTalk. Durch den Einsatz leistungsfähiger, kostengünstiger und programmierbarer Bausteine mit hoher Kapazität ermöglicht das NanoBoard die Entwicklung und Implementierung der für moderne Designs notwendigen Embedded-Intelligence. Dank der Anbindung an Altium Designer ergeben sich durch die Effizienz des vereinheitlichten Design-Prozesses enrome Vorteile. Auf der konzeptionellen Ebene stellt das NanoBoard eine unbegrenzt rekonfigurierbare Hardware-Plattform dar, die für die Anwendungsentwicklung und das Debugging, sowie als Proof-of-Design Prototyping-Plattform oder auch als endgültige Produkt-Hardware verwendet werden kann. Aus der Perspektive der physikalischen und Hardwarekonfiguration betrachtet, kann mit einem NanoBoard eine beliebige allgemeine Anwendung realisiert werden. Durch zusätzliche optionale Plug-in FPGA/Prozessor- und Peripherie-Boards kann der Designer dann die gewünschte Anwendung implementieren. So könnte z.b. ein batteriegetriebenes kompaktes NanoBoard-Modul als rekonfigurierbare Hardwareplattform für portable Instrumente genutzt werden. Ein besonders robustes industrielles NanoBoard auf der Basis des VME- oder PCI-Express-Standards könnte speziell für industrielle Rack-Lösungen erstellt werden. Unabhängig von seinen physikalischen Eigenschaften umfasst ein NanoBoard eine standardmäßige, rekonfigurierbare Hardwareplattform, in die sowohl Hardware, als auch Software programmiert werden können. Dadurch lässt sich die Entwicklung von Soft-Designs beschleunigen und der normalerweise für ein kundenspezifisches PCB-Design notwendige Aufwand lässt sich reduzieren oder ganz vermeiden. Da das Design immer mehr in den Soft-Bereich verlagert wird, erlauben das NanoBoard und Altium Designer den Designern, unabhängig von deren Erfahrungen in der Hardwareentwicklung, eine schnelle Implementierung von Systemen mit der notwendigen Intelligenz, damit sich die Produkte auf dem Markt auch wirklich von denen der Konkurrenz absetzen können. Grundsätzlich können durch die Flexibilität und die vereinheitlichten Design-Möglichkeiten des NanoBoards Hardwareentscheidungen sehr viel später während des Designzyklus getroffen werden. Zudem kann das Design jederzeit und ohne Einbußen in punkto Zeitplan oder Kosten aktualisiert oder interaktiv geändert werden. Dies, sowie die Native Processorund FPGA Device-Portabilität von Designs, die innerhalb der vereinheitlichten Altium Designer-Umgebung erstellt wurden, hat grundlegende Auswirkungen auf den Produktdesignzyklus. So lässt sich das Hardwaredesign effektiver gestalten und eine parallel Soft- und Hardwareentwicklung werden ermöglicht. Zudem wird die Design-Abstraktion auf eine Ebene angehoben, auf der bestehende Design-Fähigkeiten über die herkömmlichen Einschränkungen hinaus genutzt werden können. Die ultimative, rekonfigurierbare Desktop Hardwareplattform Mit der neuesten NanoBoard-Version von Altium, dem Altium Desktop NanoBoard NB2 DSK1, stößt das NanoBoard-Konzept in neue Dimensionen vor. Es bietet jetzt aktuellste Schnittstellentechnologie und Unterstützung von Bausteinen innerhalb einer rekonfigurierbaren Produktentwicklungsplattform. Das neue Desktop NanoBoard baut auf dem Erfolg des ersten NanoBoards (NB1) auf, bietet aber durch anwendungsspezifische Plug-in Peripherie-Boards und eine breite Palette von Plug-in FPGA/Prozessor Aufsteckplatinen eine größere Flexibilität. Der integrierte, farbige TFT-Touchscreen des Desktop-NanoBoards stellt eine moderne Anwendungsschnittstelle dar. Die PC-Kommunikation läuft über einen High-Speed USB 2.0 Link und ermöglicht so schnelle Konfiguration sowie Downloads auf die Zielbausteine. 4

5 Mit dem Ziel die Hardwaredesign-Barrieren in der Anwendungsentwicklung zu reduzieren, werden alle physikalischen Design-Elemente der NanoBoards und seiner Peripherie-Boards und Aufsteckplatinen im Rahmen des Altium Designer Systems bereitgestellt. In Verbindung mit den zahlreichen Funktionen zur Wiederverwendung von physikalischen Designs innerhalb von Altium Designer, können die Designer schnell und problemlos von der NanoBoard-Umgebung zu einem kundenspezifischen PCB-Design und zur Produktion wechseln, und zwar mit minimalem Engineering-Aufwand. Die Entwicklung von Elektronikprodukten, die auf dem heutigen Markt eine echte Differenzierung bieten, ist unausweichlich an den Einsatz von programmierbaren Bausteinen gebunden, die als konfigurierbare Plattform die Einbettung von Intelligenz in Form von Software und Soft -Hardware ermöglichen. Dies erfordert ein System, mit dem sich das Design von Hardware, Software und programmierbarer Hardware vereinheitlichen lässt, sowie eine rekonfigurierbare Plattform, mit der die Freiheit des Soft - Design-Paradigmas auch genutzt werden kann. Mit Hilfe eines solchen Systems können die Ingenieure innovativ arbeiten und sie verfügen über die notwendigen Werkzeuge, um ihre Visionen schneller als jemals zuvor Realität werden zu lassen. Lesen Sie mehr zum Thema Altium NanoBoard 5