Universität-Gesamthochschule Siegen

Hauptarbeitsgebiet:

Benutzer-programmierbare Steuerungssysteme

User Programmable Control Systems - UPCS

Integrierte Steuerungssysteme aus den Einsatzbereichen Automobil-, Meß-, Steuer- und Regeltechnik werden in zunehmendem Maße flexibler in der Anwendung bei gleichzeitiger Senkung der Kosten. Ein Ansatz, um dies zu erreichen, ist die Partitionierung der gestellten Entwurfsaufgabe in Hardware- und Softwareanteile. Schnelle Steuerungsalgorithmen und die Ansteuerung der Sensoren und Aktoren des zu steuernden Prozesses werden dabei als Hardwaremodule realisiert, der Rest als Softwaremodule. Dabei sind der Hardware- und der Software-Entwurfsprozeß heute noch weitgehend voneinander getrennt. Um ein effektives Hardware-Software-Codesign zu erreichen, muß diese Trennung aufgehoben werden. Dies ermöglichen Microcontroller auf der Basis feldprogrammierbarer Bausteine (siehe Bild oben). Die Wiederverwendung von Soft- und Hardwarestrukturen sowie das Rapid-Prototyping erlauben einen flexiblen und schnellen Entwurf des kompletten Steuerungssystems.

Die oben beschriebenen Mikrokontroller bestehen im wesentlichen aus folgenden Hardware-Komponenten:

• Digitale feldprogrammierbare Bausteine: FPGAs von Xilinx
• Feldprogrammierbare Verbindungs-Bausteine: FPIDs von I-Cube
• Analoge feldprogrammierbare Bausteine: EPACs von IMP

Im Rahmen unserer laufenden Arbeiten erfolgen Untersuchungen zu leistungsfähigen Prozessorstrukturen, zu vorhandenen Prozessoren als FPGA-Realisierung, Compiler für diese Prozessoren und Synthese-Algorithmen nach unterschiedlichen Verfahren zur Realisierung der Hardware-Komponenten eines Hardware/Software-Codesigns. Die derzeitigen Aktivitäten befassen sich mit folgenden Themen:

• Compilerbau: Modifikationen am Backend des GNU C++ Compilers
• Realisierung bekannter Mikrokontroller: MIPS-basierte, 8051 etc.
• Untersuchung der Grenzwerte der EPACs

Die im Moment laufenden Arbeiten umfassen bereits einen ersten Prototypen für ein solches UPCS. Die Bus-Strukturen wurden für einen möglichst flexiblen Einsatz ausgelegt und haben folgenden Aufbau:

Als RISC-Core Implementierungen existieren bereits ein 8-Bit- und ein 16-Bit-Prozessorkern mit MIPS ähnlichem Aufbau des Operations- und Steuerwerkes.

In diesem Umfeld sind Studien- und Diplomarbeiten zu folgenden Themen möglich:

• Implementierung der Prozessorkerne von bekannten Mikrokontrollern auf FPGA-Basis
• Untersuchung der Grenzwerte und Parameter von programmierbaren Analogschaltungen
  (EPAC - Electrically Programmable Analog Circuit) der Firma IMP: IMP50E10, -20 und -30
• Aufbau eines UPCS-Prototypen: Multilayer-Leiterplatte
• Inbetriebnahme des UPCS-Prototypen: Boundary-Scan, Download und Feldtest
• Compilerbau: Modifikation des GNU C++ Backends für unterschiedliche Prozessorkerne
• Untersuchungen zur Schaltungssynthese: C++ nach XNF mit Hilfe der X-BLOX-Bibliothek

Die Arbeiten erfolgen mit Hilfe der Rechner und Geräte der Fachgruppe.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Walter Lang, Raum H-E006, Tel.: 0271 / 740-3210