Kompakt verbunden
Embedded-Entwickler können mit grafischen, abstrahierenden Systemsprachen schnell und kostengünstig eigene Serienprodukte entwickeln, mit individueller Mikrocontroller-/DSP- oder FPGA-Hardware. Damit lassen sich etwa vernetzte Mess-, Steuer- und Regelsysteme erstellen. Dazu stehen CPU-Module mit skalierbarer Rechenleistung bereit.
LabView-Einsteckmodule mit skalierbarer Rechenleistung, vom Dual-Core-ARM-Cortex-A9 SOM mit FPGA (mitte) über Mixed-Signal-DSP-Scheckkartenrechner (links) bis zum Mikrocontroller-Multichip-Modul im Briefmarkenformat (rechts). (Bild: Schmid Elektronik AG)
CPU-Module lassen sich in ein kundenspezifisches Baseboard mit Prozess- und Daten-E/A einstecken und mit der grafischen Entwicklungsplattform LabView von National Instruments programmieren. Dabei unterscheiden sich die Module äußerlich nicht von denen klassischer Embedded-Systeme. Ihr innerer Wert ist die grafische Programmierung mit LabView und der damit verbundenen dreifachen Entwicklungsbeschleunigung. Erstens lassen sich verschiedene Programmiermodelle flexibel nutzen, passend zur Aufgabenstellung oder Präferenz der Entwickler. Eine Regeltechnik-Idee z.B. lässt sich in Matlab-Notation umsetzen und ausführen. Sie kann in das grafische LabView-Blockdiagramm eingefügt werden wie Differentialgleichungen, die etwa mit Model-Based-Design entworfen wurden. Zustandsübergangsdiagramme oder Statecharts vereinfachen wiederum komplizierte Ablauflogik und eine C-Code-Schnittstelle ermöglicht das Einbinden bestehender ‚C‘-Algorithmen oder den direkten Zugriff auf das Betriebssystem. Zusätzlich erhalten Programmierer Unterstützung von Bibliotheken für Mathematik, Signalverarbeitung und Toolkits (u.a. Filter, Regler, Sound & Vibration, Vision und Motion). Echtzeitsynchronisierung dezentraler Systeme sowie aktuelle Bedienstrategien und Datenkommunikation (Cloud, Realtime-Ethernet) kommen ebenfalls Out-Of-The-Box. Drittens werden Timing, Betriebssystem, Multitasking, Multicore und unterlegte Hardware mit nur einem Tool abstrahiert. Die Anwendung lässt sich damit ohne Detailkenntnisse zum Unterbau auf die eigene Embedded-Hardware laden und dort in Echtzeit ausführen.
Module in Größe einer Scheckkarte oder Briefmarke
Das Rio System-on-Module (SOM) von National Instruments hat die Größe einer Scheckkarte, ist industrietauglich, stromsparend und stellt alle Funktionen zur Verfügung, die ein leistungsfähiges Embedded-System fordert. Die High-Speed-CPU besteht aus einem Zynq-System-on-Chip (SOC) von Xilinx, mit 667MHz Dual-Core-ARM-Cortex-A9, Artix-7-FPGA und externem 512MB DRAM und 512MB Flash. Daneben stehen Funktionen wie Gigabit Ethernet, CAN, USB2.0 Host/Device, SD-Card und Serielle zur Verfügung. Über einen robusten 320-Pol-Verbindungsstecker gelangen sie inklusive der 160 direkt mit dem FPGA verbundenen GPIO’s auf das Baseboard und werden dort konditioniert. Noch kompakter sind die Briefmarken-Messrechner. Sie ermöglichen winzige Baseboards bis zum Streichholzschachtelformat, haben einen Stromverbrauch unter einem Watt und booten in weniger als einer Sekunde. Sie eignen sich für anspruchsvolle, mobile Mess- und Regeltechnik-Anwendungen bei lüfterlosem Dauerbetrieb in einem Temperaturbereich von -20 bis 75°C. Damit lassen sie sich für diverse Industriebereiche sowie für Analysen- und Medizintechnik nutzen. Alle Ein-/Ausgänge, Mathematik- und Logik-Funktionen sowie Werkzeuge zur Erstellung einfacher Bedienoberflächen stehen im Software Development Kit (SDK) als fertige Software-Funktionsblöcke zur Verfügung und werden per Drag and Drop zusammengeführt.
Baseboards mit spezifischem Prozess- und Daten-E/A
Viele verfügbare E/A-Bausteine lassen sich auf das Baseboard integrieren, an das CPU-Modul anbinden und mit LabView ansteuern, z.B. über digitales E/A, synchrone (SPI, I²C) und asynchrone (UART) serielle Schnittstellen oder parallele High-Speed-Bussysteme. Die Hardware lässt sich in Form und Funktion an beliebige Aufgabenstellungen anpassen. Wie beim Zweiplatinenansatz üblich, muss zunächst immer Hardware in Form eines Baseboards entwickelt werden. Falls die professionelle Electronic Design Automation-Infrastruktur (EDA), das nötige Hardware-Know-how oder Zeit fehlt, bietet u.a. Schmid Elektronik entsprechende Dienstleistungen an. Software-seitig gehören Anpassungen des Linux-Kernels ebenso dazu wie das Entwickeln individueller Gerätetreiber mit Eclipse und deren Einbinden in die LabView Umgebung.
