REGMA.
Technologie
Moderne eingebettete Geräte, Maschinen und Systeme verfügen üblicherweise über eine oder mehrere zentrale Steuereinheiten. Meist handelt es sich dabei um Multi-Core-Mikrocontroller (MCUs), doch für leistungsstarke Systeme werden mitunter FPGA- oder GPU-Bausteine benötigt, die häufig als System-on-Module (SoM) integriert sind. Diese Seite erläutert die wichtigsten Unterschiede sowie die Vor- und Nachteile der einzelnen Bausteine.
Beispiel: Architektur eines eingebetteten Gerätesystems
Wir stellen ein hypothetisches Beispiel eines medizinischen Geräts vor, dessen Gesamtsystem aus FPGA-, MCU- und GPU-Bausteinen besteht. Jede Komponente erfüllt ihre jeweilige Spezialaufgabe und zeigt damit, dass komplexe Geräte üblicherweise aus mehreren Verarbeitungseinheiten zusammengesetzt sind.
MCU
Der zentrale High-End-Mikrocontroller koordiniert das gesamte System: Er konfiguriert das FPGA, berechnet Parameter für das analoge Frontend, konfiguriert die GPU, steuert den DMA-Transfer zur direkten Datenübertragung vom FPGA in den Speicher und wertet Benutzereingaben aus. Er stellt die Internetverbindung her und verwaltet externe Speichergeräte.
FPGA
Die Ultraschallsonde enthält zahlreiche Wandler, die Schallwellen in elektrische Signale umwandeln. Jeder Wandlerausgang ist mit einem eigenen ADC-Kanal verbunden, der die Ausgangsspannung mit 200 MS/s abtastet. Bei einer Auflösung von 8 Bit und der Parallelschaltung von 64 ADCs werden Daten mit einer Rate von 12,8 GB/s generiert. Ein FPGA dient zur Anbindung aller ADCs und zur Verarbeitung dieser enormen Datenmenge. Die gefilterten und interpretierten Ultraschallinformationen werden anschließend in Form von 3D-Koordinaten und Intensität mit deutlich geringerer Rate an den Speicher weitergeleitet.
GPU
Die GPU empfängt vom Mikrocontroller Benutzereinstellungen, die festlegen, was angezeigt werden soll (z. B. Inhalt, Ausrichtung, Kontrast, Helligkeit usw.). Vom FPGA empfängt sie numerische 3D-Datenpunkte und rendert das entsprechende Bild zur Anzeige auf einem Bildschirm in lesbarer Form.
Optional kann es ein neuronales Netzwerk ausführen, um mögliche Krankheiten zu erkennen.
Low-end MCU
Der Low-End-Mikrocontroller verfügt über geringe Rechenleistung, ist aber energieeffizient. Im Standby-Modus überwacht er den Startknopf, um zu erkennen, wann der Benutzer das Gerät einschalten möchte. Bei Einschaltanforderung aktiviert er die Stromversorgung für FPGA, GPU und Hauptmikrocontroller. Im Normalbetrieb fungiert er als Kontrollinstanz und stellt sicher, dass alle Subsysteme ordnungsgemäß funktionieren.