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FPGA / CPLD VHDL Design

HARDWAREENTWICKLUNG
Hardware HF Analogtechnik Mikrocontroller FPGA Ethernet Feldbus Layout
 VHDL Entwicklung

Das Ersetzen von Hardware durch Software rückt durch den Einsatz von programmierbarer Logik auch für digitale Elektronik zusehends in den Fokus. Analog zur Programmierung eines Prozessors in C oder C++ ermöglicht die Hardwaresprache VHDL, komplexe Chip-Strukturen bzw. das gesamte Schaltungsdesign in Software zu charakterisieren. VHDL erlaubt die einheitliche Beschreibung und Entwicklung elektronischer Systeme über verschiedene Abstraktionsebenen hinweg. In Verbindung mit Synthesewerkzeugen können deutlich verkürzte Entwicklungszeiten und eine höhere Qualität der Entwicklungsergebnisse erreicht werden. Dezidierte Peripheriebausteine, digitale Logikbausteine und ASICs werden daher zusehends durch flexibel einsetzbare FPGAs und CPLDs ersetzt. Hierzu stehen vielfältige, bereits vorkonfigurierte VHDL IP-Cores zur Verfügung. Die Schaltungsentwicklung wird so durch die Konfiguration und Integration von IP ersetzt.

FPGAs gelten gemeinhin als schwieriger zu integrieren als Mikrocontroller. Allerdings weisen FPGAs für viele Aufgabenstellungen entscheidende Vorteile auf. Ein FPGA ist in der Lage, mehrere Signale gleichzeitig zu verarbeiten, wohingegen ein Mikrocontroller Befehle nur nacheinander ausführen kann. Das prädestiniert FPGAs für die Signalerzeugung und Signalverarbeitung, zur Anpassung von Interfacestandards, als Glue-Logic sowie durch die freie Konfigurierbarkeit zur Integration von Funktionsblöcken, die bei einem Mikrocontroller nicht vorhanden sind. Der FPGA-Teil ist hierbei für die zeitkritische und parallele Signalverarbeitung zuständig, während der Mikrocontroller als Schnittstelle zur Außenwelt dient und das Gesamtsystem steuert, wobei das sequenzielle Design des Mikrocontrollers seine Stärke bei zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen, wie sie z.B. bei der Abarbeitung von Protokollstacks vorkommen, ausspielt. Durch die freie Zuordnung von I/Os bei einem FPGA ergeben sich zudem deutliche Vorteile bei der Leiterplattenentflechtung, da ein Kreuzen von Signalen vermieden werden kann, was sich außerdem positiv auf die Störemmission auswirkt.

FPGA und CPLD Vorteile:

  • Rekonfigurierbarkeit
  • Platzersparnis
  • Verbesserte Testbarkeit
  • Minimierung der Systemkomponenten
  • Wiederverwendung bereits vorhandener IP-Cores
  • Technologieunabhängigkeit
  • Plattformunabhängigkeit
 
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