Системы на FPGA — это просто!

№ 5’2008
PDF версия
Компания EBV Elektronik завершила разработку своей пятой по счету референсной (эталонной) платформы. На этот раз компания создала плату промышленного управления MercuryCode на основе FPGA Cyclone III от Altera.

Компания EBV Elektronik завершила разработку своей пятой по счету референсной (эталонной) платформы. На этот раз компания создала плату промышленного управления MercuryCode на основе FPGA Cyclone III от Altera.

На выставках SPS/IPC/Drives и Embedded World одним из экспонатов стенда EBV Elektronik была игра — настольный футбол, где любой желающий мог сразиться с электронно-механическим противником. Здесь всегда собиралась большая толпа. Лишь изредка самым настойчивым игрокам удавалось одержать победу. Так вот, основой роботизированного управления этого настольного футбола является референсная платформа, разработанная когда-то компанией EBV на базе FPGA Cyclone-II Altera.

С приходом следующего поколения FPGA компании EBV Elektronik и Altera совместно выводят на рынок новую эталонную платформу под названием MercuryCode, так как старая плата, содержавшая «всего» 20 000 логических элементов, достигла пределов своей вычислительной мощности. Кроме того, рынок настойчиво требовал продуктов с новыми функциями.

Основной элемент платы MercuryCode — интегральная схема FPGA EP3C40 — входит в состав новейшего семейства Cyclone III компании Altera и имеет 40 000 логических элементов: вдвое больше, чем у платы EP2C20.

Компания EBV Elektronik реализовала на базе FPGA программный процессор Nios, работающий с внешней памятью. Кроме того, EBV встроила в плату различные промышленные драйверы для сопряжения FPGA с внешними устройствами и собрала пакет драйверов и программного обеспечения.

Долгосрочная доступность

Поскольку поставки FPGA от компании Altera возможны в течение 10 лет, компания EBV Elektronik уже выполняет одно из основных требований промышленности — требование долгосрочной доступности. Это справедливо также и в отношении микропроцессора, так как он реализован на базе FPGA в виде программного ядра.

Все элементы, для которых необходимы специальные драйверы (Ethernet, CAN, специальные УАПП), реализованы в FPGA. Как следствие, драйверы доступны в форме VHDL-кода, и для них не существует такого понятия, как «снятие с производства». Даже если через десять лет будет снята с производства используемая ИС FPGA, VHDL-код можно будет перенести на платформу следующего поколения. Таким образом, нужно будет переработать только аппаратное обеспечение, а особенно трудоемкое в разработке программное обеспечение можно будет использовать в том виде, в каком оно есть.

Опыт показывает, что практически в любой конструкции издержки на переработку программного обеспечения оказываются гораздо выше издержек на переработку аппаратного обеспечения. Одна только корректировка драйвера влечет огромные затраты, потому что необходимо протестировать работу программного обеспечения на всех уровнях.

Прямое управление сенсорными TFT-экранами

Плата MercuryCode обеспечивает возможность реализованного в FPGA непосредственного управления графическими TFT-панелями, подключаемыми по LVDS с обеспечением разрешения XGA (1024×768). Одновременно может отображаться 256 цветов из палитры, содержащей 218 цветов. Таким образом, можно добиться, например, точной цветопередачи корпоративных цветов в логотипе компании, обеспечив соответствие требованиям корпоративного стиля без дополнительных расходов. Ограничение в 256 отображаемых цветов обусловлено тем, что компания EBV Elektronik намеренно сделала видеопамять «всего лишь» 16-разрядной. А 256 цветов — более чем достаточно для большинства промышленных приложений. Иным словами, достигнут хороший компромисс, поскольку задача состоит в отображении графики, а не фотографий.

Благодаря контроллеру сенсорной панели TSC2200 компании Texas Instruments, который также встроен в плату, разработчики могут воспользоваться преимуществами сенсорного дисплея.

Для эффективной реализации интерактивного человеко-машинного интерфейса компания EBV Elektronik предоставляет прямую поддержку и адаптированный комплект разработчика с сенсорным экраном, а также подходящий инвертор и графическую библиотеку компании Segger. Это позволяет разработчикам создавать графическое меню, из которого можно выбирать отдельные элементы для отображения на сенсорном экране.

Таким образом, компания EBV Elektronik вносит существенный вклад в сокращение времени выхода разработки на рынок: за счет повторного использования наработок, в которые было вложено много ресурсов, пользователи экономят месяцы разработки. Одновременно значительно снижается риск, связанный с проектированием, поскольку разработчики уже на ранней стадии могут убедиться, что их аппаратное обеспечение действует надлежащим образом.

Высокоточная временная синхронизация

Плата MercuryCode сопряжена с интерфейсом Ethernet на физическом уровне посредством новых ИС DP83640 компании National Semiconductor, установленных на плате и оборудованных встроенным модулем временных меток IEEE 1588. Это означает, что системы, расположенные в разных уголках мира, можно синхронизировать друг с другом с погрешностью менее чем 100 нс. Распределенный тактовый генератор работает синхронно с величиной джиттера менее 100 нс.

Для этой цели необходимо снабдить сигнал временной меткой на физическом уровне непосредственно после его приема, чтобы рассчитать время распространения сигнала в сети. Затем на основании этих данных можно точно синхронизировать внутренний цикл работы. В прошлом эта временная метка добавлялась процессором (то есть на значительном расстоянии от физического уровня, по истечении различных времен распространения), при использовании MercuryCode добавление временной метки производится на физическом уровне с помощью новых ИС компании National Semiconductor, так что джиттер и задержка оказываются гораздо меньше.

Защищенное остается защищенным

Плата содержит также защищенную память AT88SC0808 компании Atmel, обеспечивающую возможность обмена данных по шифрованному каналу между FPGA и микросхемой памяти. Это позволяет поставщику IP-ядра (IP здесь — Intellectual Property, интеллектуальная собственность) ограничивать его использование одной физической платой, на которой пользователь может спокойно опробовать или тестировать свое решение. Однако использование данного ядра на второй плате невозможно.

Эта функция чрезвычайно практична и обеспечивает экономию времени уже на стадии разработки. Но огромный потенциал, связанный с использованием защищенной памяти, проявляется в полной мере только на стадии производства. Это связано с тем, что интеллектуальная собственность пользователя защищена от копирования, несанкционированного изготовления дополнительных экземпляров производственными подрядчиками и других действий подобного рода, наносящих ущерб бизнесу. Такое шифрование давно уже реализовано в высококлассных компонентах серии Stratix компании Altera. Эту особенность можно использовать и в недорогих компонентах семейства Cyclone с помощью внешней защищенной памяти, подобной той, которая встроена в плату MercuryCode.

Поток данных конфигурации FPGA не защищен и с чисто теоретической точки зрения может быть отслежен и/или скопирован. Защита начинается с момента начала работы IP-ядра, когда ядро предпринимает попытку подключения к защищенному СППЗУ и обмена кодами. Но если в СППЗУ хранится неверный ключ, IP-ядро прекращает работу ввиду запуска на ненадлежащей плате. Хотя такая защита интеллектуальной собственности с давних пор является предметом дискуссий в потребительском сегменте рынка, в промышленном секторе ее значение неуклонно повышается.

Богатый набор периферийных интерфейсов

Еще одна сильная сторона FPGA компании Altera — это богатый набор интерфейсов ввода/вывода, и компания EBV Elektronik использует многие из них в плате MercuryCode. Например, помимо интерфейса TFT-LVDS, имеется также два проприетарных высокоскоростных LVDS-интерфейса, позволяющих объединять несколько плат в кластер, если разработчики желают создать распределенную систему. EBV Elektronik также предоставляет необходимые драйверы для всех интерфейсов, что, несомненно, тоже сокращает сроки разработки конечного продукта.

Плата MercuryCode имеет интерфейсы RS485 и CAN, это обеспечивает возможность подключения по протоколу CANopen в промышленном окружении. Интерфейсы RS485 используются в модулях управления электродвигателями — например, для подключения инкрементального вращательного датчика положения (энкодера). С помощью интерфейса RS485 можно подключать и другие системы полевых шин, например Interbus-S и Profibus.

Интерфейс Ethernet с двойным физическим уровнем подходит для полевых шин на базе Ethernet. Скорость передачи данных 10/100 Мбит/с обеспечивает ту полосу пропускания, которая в настоящее время используется в системах полевых шин реального времени на базе Ethernet.

Поддержку всех распространенных на рынке систем полевых шин осуществляет в общей сложности десять партнерских компаний. Это позволяет разработчикам испробовать все представленные на рынке полевые шины с платой MercuryCode. Традиционные платы не позволяют это делать, поскольку они ориентированы на конкретного производителя, а ни один производитель не позволит реализовывать интеллектуальную собственность конкурентов на своих платах. Поскольку компания EBV Elektronik независима, ее партнеры не возражают против переноса полевых шин на плату MercuryCode. Для конечного потребителя есть еще одно преимущество: если ему понадобится сменить систему полевых шин, он сможет это сделать на базе имеющегося аппаратного обеспечения. Это также влечет выгоды в плане сбыта и маркетинга продукции.

Возможен также непосредственный обмен данными в среде микропрограммного управления (SPS, PLC) по шинам ввода/вывода на напряжение 24 В, а также прямое управление исполнительными устройствами.

К имеющемуся на плате интерфейсу USB можно подключать карты памяти. Этот же самый компонент позволяет устанавливать каналы связи с ПК.

Плата содержит светодиоды и 7-сегментный индикатор для сообщения о статусе и т. д. Это дает возможность быстро запрограммировать первоначальную демонстрационную версию системы. В комплект также входят кнопки и разъем JTAG для конфигурации и программирования платы.

Дополнительная поддержка

Чтобы максимально сократить этап первоначального ознакомления, компания EBV Elektronik предлагает не только документацию, но и вводную инструкцию, в которой содержатся ответы на вопросы вроде «Как реализовать ядро Nios?», «Как добавлять компоненты?», «Как сконструировать систему?» и т. п. С образцовой платой компания EBV Elektronik также поставляет образцы веб-сервера, USB-устройства и демонстрационного CAN-устройства.

Для SPS-программирования на базе ядра Nios компания KW-Software предоставляет пакет под названием NIOSghost.net. Это позволяет программировать на языке IEC 61131, а также языках C# (логическое развитие языка C++ в рамках платформы .Net), Visual-Basic с использованием библиотек NIOSon для Microsoft.Net.

C Ethercat.org разработчики получают Ethercat-систему, с Automata — систему на базе SERCOS III, а с Ixxat — Ethernet IP. Компания Softing предлагает программное обеспечение для подключения к Profinet, а B&R предоставляет средства для работы с протоколом Powerlink. Таким образом, плата MercuryCode поистине универсальна.

Плата MercuryCode в составе системы

Компания EBV занимает ведущие позиции на рынке с уже имеющимися референсными платформами SnakeBytes, Dragonfire, ChameleonARM и FalconEye, и разработка этих плат и комплектов продолжается. Референсные платформы EBV никогда не являются изолированными решениями — это всегда системы, задуманные в рамках некоторой концепции. Как следствие, плата MercuryCode, например, хорошо подходит для сопряжения с полевыми шинами и управления электродвигателями в приводах.

Исходный вариант системы управления электродвигателем FalconEye был оборудован цифровым контроллером сигналов компании Freescale в качестве вычислительного модуля. Теперь же компания EBV Elektronik предлагает FalconEye FPGA — вариант на базе платы FPGA, это законченная образцовая конструкция для управления электродвигателями на базе ядра Nios II.

На главном разъеме платы имеется 32 контакта прямого ввода/вывода с FPGA на напряжение 3,3 В, чтобы разработчики могли реализовывать те интерфейсы, которые им необходимы — SPI, I2C и т. д., что обеспечивает возможность расширения. Например, это позволяет конструировать платы адаптеров для систем Echelon, и, таким образом, реализовывать LON-узлы в различных вариантах. И это лишь один из множества вариантов применения, возможных благодаря исключительной универсальности образцовых плат компании EBV Elektronik.

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *