Post on 30-Apr-2020
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Manfred Helzle
30 Jahre visionäre Elektronikund embedded KompetenzIdee - Konzept - Entwicklung - Schulung - Coaching
Manfred.Helzle@embedd.itwww.embedd.it
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Hard
War
e SoftWare
CoDesign
embedded
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30 Jahre visionäre Elektronik● Nach dem Studium „Elektronik“ startete ich 1974 meine Berufslaufbahn als Chip-
Designer, danach kam der Sprung in die industrielle Elektronik-Entwicklung und -Fertigung mit analoger und digitaler Verarbeitung.
● Sehr früh habe ich erkannt, dass es „einfacher“ ist, mehrere Prozessoren z.B. über Lichtleiter seriell miteinander zu koppeln, anstatt eine zentrale Steuerung zu benützen (verteilte Honmaschinensteuerung 1983). Mehr als 1000 Anlagen wurden davon verkauft.
● Man spart viel Verkabelung, das Gesamtsystem wird übersichtlicher und zuverlässiger und die Inbetriebnahmezeiten hatten sich halbiert.
● Viele leistungsfähige Applikationen konnten dadurch bis heute vorteilhaft realisiert werden, besonders im Bereich der Signal- und Bild-Verarbeitung mit bis zu 100DSPs und FPGAs in einem einzigen System.
● Multi-SoftCores (Prozessoren im FPGA) sind die logische Weiterentwicklung für Leistungsfähigkeit und Flexibilität.
● Bei den aktuellen Prozessor-Entwicklungen geht der Trend zu MultiCore(mehrere Prozessoren auf einem Chip: AMD, Intel, IBM, ...)mit serieller Kommunikation - nun aber mit Gbits/s - 20 Jahre später!
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Meine Dienstleistung durch 30 Jahre
Idee
Konzept
Entwicklung
SchulungService
Analog- und Digitaltechnik
Hard- und Software
Seminar - Beratung - Schulung - Training - Coaching
System-Design - Projekt-Management
Multi-Prozessor-Systeme
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Öffentlichkeitsarbeit
● Fachartikel (in deutsch und englisch)● c´t, Design & Elektronik, Elektronik, Elektronik Informationen,
Elektronik Journal, Elektronik Praxis, Markt & Technik, Vision & Voice Magazine, ...
● Vorträge, Seminare und Schulungen● In Europa, USA und Asien (in deutsch und englisch)
● auf Messen und Ausstellungen● bei Interessenten● an Universitäten und Instituten● bei Kunden● Promotion-Tour zusammen mit Herstellern
● Dozent und Lehrbeauftragter● Technische Akademie Esslingen● BA Heidenheim● IHK Augsburg● Uni-Ulm (ZAWiW)
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●Maschinenbau●Messtechnik●Prüfstände●Automotive●Medizintechnik●Qualitätssicherung●Recycling,erneuerbare EnergienReferenzen:
Austria Metall, AZO, Birkle, Bosch, Compas, DaimlerChrysler, Dekra, Ensslin, FGAN, Fiat, Fraunhofer, Freudenberg, Gepard, IBM, IBUK, Informing, J&M, Kjaergaard, L3, Lobo, LPKF, Mapal, Märklin, MAZ, Microplex, Nagel, Netzsch, Pentatron, Perimos / Pipetronix, QSort, Renault, Siemens, Telenot, Then, Tiede, Unisensor, Varta, VDO, VW, Zeiss,Universitäten und Institute, BMFT und ESPRIT Projekte
Betreute Branchen und Firmen
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●Kombinierte Mess-, Steuer- und Regelungstechnik●Mehrkanalige Messwerterfassung und -verarbeitung●Multiprozessorsysteme, verteilte (dezentrale) Systeme●Digitale Signal- und Bildverarbeitung●Ultra-low-Power, batteriebetrieben●Künstliche Neuronale Netzez.B.:
Akustische Motorprüfung, Ascet Simulator, Batterieprüfung, Beamforming, CAN-Bus I/O, Common-Rail Einspritzdüsen Prüfstand, kamerageführtes Crash-Test System, Echtzeit-FFT Rechner, optische Fototaschenauswertung, div. Funktions-generatoren, optische Holzklassifizierung mit NN, Honmaschinensteuerung, Hydraulikprüfstände, Karotten QS, Keramikherstellung Messtechnik, Kläranlagen Messtechnik, LaserScan-Mikroskop, Lasersteuerung, div. Netzgeräte, div. Radar (8 PPCs, 70 Kanäle 72 DSPs), Radarsensor 61,5GHz, Reibalen-Einstellsystem, Reizstromgerät, Robotersteuerung, schnelle Spektrometrie, Schweissnaht-Über-wachung mit NN, div. Simulationsrechner (bis zu 100 DSPs), Hardware-in-the-Loop Simulation, div. Sonar
Realisierte Applikationen
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Technik● Embedded Hardware & Software CoDesign
● Konzept, Architektur und Technologie, Lösungen● Verbindung von analogen und digitalen Komponenten und
Funktionen● Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik● Signal- und Bildverarbeitung● Neuronale Netze
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Technologie● Von 8bit bis 32bit und skalierbares MultiProzessing
● General-Purpose, single-Chip, Multi-Chip, DSPs, RISC, SoftCore● Von MHz zu GHz● Ultra-low-Power
● Vom einfachen Adress-Dekoder im cPLD zuMultiSoftCore(s) im FPGA
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Verwendete Prozessoren● Von 8bit zu 32bit + floating-point + SIMD + Cache + Pipeline● General-Purpose, single-Chip, Multi, DSP, RISC, Soft● Von 1MHz zu 1GHz● Ultra-low-Power● cPLD, FPGA
1974 200419991994198919841979
6502, F8, 6802
6809
6801
68000 T40x
T22x
T80x C4x C3x, SHARC
H-SHARC T-SHARCPPC
MSP430
32bit + FPU + SIMD
32bit + FPU
32bit
16bit
8bit
NIOS
C64 NiosII, Leon3NIOS
MultiCore 100+GHz 100+
SOPC 100+
201920142009
SoftCore 100+
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Was sind Embedded Systeme?
● Viele der vorgestellten Applikationen gehören in den so genannten „embedded“ Bereich
● Sie sind komplett, meistens zur Erfüllung einer einzigen Aufgabe, wie z.B.:● Mobiltelefon● Funkuhr, Hörgerät● Steuereinheiten im Auto● „intelligente“ Haushaltsgeräte
● Sie funktionieren wie Computer (PCs), sehen aber nicht so aus:● beinhalten Prozessor(en)● haben Speicher für Programm und Daten (meist sehr begrenzt)● benützen LEDs oder Anzeige, Tasten / Tastatur für die Benutzer● haben optionale Schnittstellen für Ein- / Ausgabe
● Sie werden meistens in großen Stückzahlen hergestellt:● 1.000 bis millionenfach● ARM Prozessor hat ca. 80% Weltmarktanteil
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Was ist Embedded System Engineering?● Begrenzte Resourcen
● Programm- und Datenspeicher● Rechenleistung● Stromversorgung● Temperaturbereich● Abmessungen● Gewicht
● Echtzeit● Zeit● Umwelt● Kosten, Preis
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Mein Leistungsspektrum heute
● Beratung, Marktanalyse, Schulung, Training, Coaching● Konzepterstellung, Architekturentwicklung, Systemdesign● Hardware- und Softwareentwicklung (Ass, C/C++), Matlab
● SingleChip- und Ultra-Low-Power Prozessoren● z.B. MSP430xxx
● DSPs● Multiple DSPs, z.B. TigerSHARC
● FPGAs mit Soft-Prozessor(en)● z.B. Altera CycloneII / StratixII FPGAs und NiosII, Leon3
● Projekt-Management
● Fachartikel● Vorträge
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Embedded Workshop● 2 bis 5 Tage mit praktischen Übungen:
● Systeminstallation● Soft- und Hardware Engineering● Assembler, C, C++, EC++● Portierbarer + wiederverwendbarer Code● Reset, Stack, Heap, C_Start● Peripherie
● UART, analog + digital I/O, Timer, DMA, SPI / I2C, CAN, ...● Interrupt-Service-Routinen (ISR)● Echtzeit-Problematik● Spezielle „embedded“ Anforderungen
● begrenzte Resourcen, Batteriebetrieb, Umgebungstemperatur, Umwelt, ...● Betriebssystem(e)
● uC/OSII, RTEMS, ...● Beispiele, Übungen● Kunden- bzw. Applikations-spezifischer Teil
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Skalierbare Embedded Systemplattform
SpezifikationKonzept
SpezifikationKonzept
DSP(s)DSP(s) FPGA(s)FPGA(s)
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
analog
digital
Kamera, Video
ext. Kommunikation
I/O
I/O
int. Kommunikation
Host, …Server, …Host, …
Server, …
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Skalierbare Embedded Systemplattform
SpezifikationKonzept
SpezifikationKonzept
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
analogI/O
I/O
… 500ksps:Mess- undRegelungstechnik,Audio, Sonar
… 5Msps:high performanceMesstechnik,Signalverarbeitung
… 200Msps:Radar,Basestations,Digital Radio
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Skalierbare Embedded Systemplattform
SpezifikationKonzept
SpezifikationKonzept
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
digital
I/O
I/O
24V-DCTTLLVDS
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Skalierbare Embedded Systemplattform
SpezifikationKonzept
SpezifikationKonzept
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
Kamera, VideoI/O
I/O
Bild- und VideoverarbeitungAutomotiveQualitätssicherungÜberwachungSicherheitstechnik
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Skalierbare Embedded Systemplattform
SpezifikationKonzept
SpezifikationKonzept
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
Matlab, ...C/C++, VHDL, …
ext. Kommunikation
I/O
I/OHost, …
Server, …Host, …
Server, …
RS232, RS422, RS485Ethernet, FireWire, USBCAN, LIN, FlexRay…I2C, SPI, …RapidIO, …Wireless
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Skalierbare Embedded Prototypenplattform
analog I/O, …Eval-Board
analog I/O, …Eval-Board
HostHost
DSP(s)Eval-Board
Toolchains:MatlabDSPFPGAWindows, Linux, …
DSP(s)Eval-Board
FPGA(s)Eval-Board
FPGA(s)Eval-Board
analog I/O, …Eval-Board
analog I/O, …Eval-Board
Vorteil:Reduziertes RisikoKonzentration auf die LösungSchnelles ErgebnisEndgültige Spezifikation für die Serie
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Meine Philosophie durch 30 Jahre und in Zukunft
● „Halte alles so einfach wie nur möglich, aber nicht zu einfach“ - Albert Einstein
● „Damit das Mögliche entsteht, muss immer wieder das Unmögliche versucht werden“ - Hermann Hesse