PROGNOS. Panostusnosturin tiedonsiirto ja mittaukset. Tommi Parkkila

Transkriptio

1 PROGNOS Panostusnosturin tiedonsiirto ja mittaukset Tommi Parkkila

2 FPGA-SOC FPSLIC AVR / ANTURI Tiedonsiirto- ja mittausjärjestelmä WLAN / NANONET VALVOMO PÄÄNOSTO NANONET APUNOSTO SILTA Tehokkaat FPGA-SOC moduulit, tiedonkeruu, -käsittely, -tallentaminen ja siirto. FPSLIC-moduulit, hajauteutun arturiverkon tiedonkeruu, -esikäsittely ja siirto AVR / ANTURI moduulit, mittaus ja mittaustiedonsiirto FPSLIC tai FPGA-SOC moduuleille Tiedonsiirto mittausjärjestelmän sisällä NANONET-radiolla tai langallisesti, valvomoon WLAN tai NANONET radioilla Mittausjärjestelmä voidaan yhdistää suoraan Ethernetiin WLAN:n kautta tai valvomon PC:n / sulautetun järjestelmän kautta. (etähallinnan mahdollistaminen)

3 FPGA-SOC kehitysalustat - Cyclone + Nios 2 - Stratix II + Nios 2 FPSLIC-moduulit - VTT:llä kehitetty FPSLICmikropiiriin perustuva piirikortti AVR ATMEL mikro-ohjain moduulit - VTT:llä pitkäjänteinen sovelluskehitystausta VENYMÄLIUSKAMITTAUKSET - momenttimittaus KIIHTYVYYSMITTAUKSET - värähtelyn hallinta YMPÄRISTÖMITTAUKSET NANONET-radiomoduulit - sovelluksia uuden 2,4 GHz:n radiotekniikan käytöstä ympäristö ja teollisuusmittauksissa Käytössä / testauksessa olevia tekniikoita

4 Langattomien verkkojen ominaisuuksia Tekniikka Taajuusalue Bittinopeus Tehonkulutus Kantama Solmuja Bluetooth 2,4 GHz 720 kb/s akkukäyttö 10 1 mw mw 8 WLAN b 2,4 GHz 11 Mbit/s akku- tai verkkokäyttö 300 m WLAN a 5 GHz 54 Mbit/s akku- tai verkkokäyttö 100 m ZigBee 868 MHz (1 kanava) MHz (10 kanavaa) 2,4 GHz (16 kanavaa) MHz MHz 250 2,4 GHz paristokäyttö m nanonet TRX 2,4 GHz 2 Mb/s akkukäyttö, 30 ma(rx), dbm, 1 µa (standby) Mb/s Ei rajoituksia

5 FPGA SoC - TEKNOLOGIAMURROS? Lähtökohta: Kehitystä uhkaavat suunnittelun lisääntyvä kompleksisuus ja nousevat kustannukset FPGA teknologia tarjoaa konfiguroitavan mikrotason arkkitehtuurin FPGA on näyttänyt pitkään kalliilta ja tehottomalta järjestelmätason ratkaisuihin Teknologiamurroksen oireita: Kehityksen kulku ei kaikilta osin vastaa virallisia teknologiavisioita (kts. sivu 2) Lyhyen aikavälin markkinanäkymät vaikuttavat kehitykseen normaalia enemmän Pitkän aikavälin ennustusten teko vaikeaa Teknologian kehittyminen ja markkinoiden kasvu erittäin nopeaa

6 Hard cores: MONENLAISIA YTIMIÄ FPGA-piirille lisättyjä, ASIC-maailmasta tuttuja kovia ytimiä (CPUt, hw-kertojat, I/O-ohjaimet,...), joiden avulla piirin pinta-alan käyttötehokkuutta ja suorituskykyä parannetaan. Kovilla ytimillä FPGApiiri suunnataan tietyn kohdealueen sovelluksiin paremmin sopiviksi, jolloin ko. piirin yleiskäyttöisyys luonnollisesti vähenee. Soft cores: Konfiguroimalla muodostettavat pehmeät ytimet (esim. Nios) tuovat joustavuutta, josta on etua heterogeenisissä järjestelmissä. Pehmeitten ytimien käyttö helpottaa oleellisesti sovellusten päivityksiä ja laajennuksia. Riippuvuus tulevista piirisukupolvista samalla vähenee (elinikä!). Laskentateho on kuitenkin pienempi ja piirin pinta-alan käyttö tehottomampaa sekä energiankulutus suurempi kuin kovilla ytimillä. Piirien tiheyksien kasvu ja piiriarkkitehtuurien kehitys ovat kuitenkin vauhdilla parantamassa pehmoydintekniikan kilpailukykyä. Open cores: Pehmeitä ytimiä on saatavana myös ns. avoimina ytiminä lähdekielisen kuvauksen tasolla (opencores.org), joka poistaa riippuvuuden piirivalmistajista. Ongelmana ovat näissä tavanomaiset open source toteutusten ylläpitoon liittyvät tekijät. Piirivalmistajien omat pehmeät ytimet ovat yleisesti suljettuja ytimiä, joita ei voi siirtää toisen valmistajan piireille

7 Nios II: suljettu pehmoydin - nopea mutta notkea! Ytimen evoluutio (Nios -> Nios ll): Kiihdytys sovelluskohtaisilla HW-käskyillä :

8 FPGA SoC SULAUTETUISSA JÄRJESTELMISSÄ Siirtyminen konfiguroitaviin SoC toteutuksiin on voimistuva trendi erityisesti pienten ja keskisuurten sarjakokojen sulautetuissa sovelluksissa. FPGA teknologia mahdollistaa nopeamman markkinoille tulon sekä tuotteen eliniän pidentämisen (virtuaalinen hw!). Moniydinratkaisujen (aito rinnakkaisuus!) ja tietoverkkojen soveltaminen piiritasolla mahdollistaa syvälle sovelluksen sisälle ulottuvien verkottuneiden järjestelmäarkkitehtuurien soveltamisen. Hienojakoinen arkkitehtuuri poistaa monia fyysisen maailman rajoituksia ja mahdollistaa modulaarisemmat ja selkeämmät toteutukset. Mm. raskaita käyttöjärjestelmiä ei enää tarvita. Täysin uudenlaiset toteutusperiaatteet tulevat FPGA-tekniikalla teknisesti ja taloudellisesti mahdollisiksi. ICT-alueella hyväksi havaittuja verkkotason periaateratkaisuja kannattaa myös harkita skaalattavaksi piiritasolle. Tällainen uudelleenkäyttö saattaa toteutuksena olla turvallisempi vaihtoehto verrattuna täysin uuteen arkkitehtooniseen ratkaisuun

9 SUUNNITTELUN AUTOMATISOINTIPAINEET FPGA tekniikan soveltajiksi on tulossa uusia käyttäjäryhmiä. Perinteisistä ASICsuunnittelijoista poiketen näiden osaamisprofiilit painottuvat enemmän sovellusosaamiseen. Tällaisella taustaosaamisella ei siirtymistä ASIC-suunnittelussa käytettävien menetelmien ja työkalujen käyttäjiksi voida ajatella. Pienten ja keskisuurten sarjakokojen sovelluksia ei ole taloudellisesta tehdä suurissa työryhmissä. Pienillä ryhmillä ei myöskään voi olla kovin syvällistä suunnitteluosaamista, joten paineet suunnittelun abstraktio- ja automaatioasteen nostamiseksi ovat kovat. Merkittävin piirre meneillään olevassa suunnittelukulttuurin murroksessa on ohjelmistojen dominoiva osuus sekä FPGA että ASIC -tyypin SoC-toteutuksissa. Tämä näkyy selvästi uusissa FPGA-sovellusten integroiduissa kehitysympäristöissä

10 SoC - PIIRIALUSTAT (1) Secure FPSLIC / Atmel: Low power, mittauskohteessa tapahtuva tiedon esikäsittely (2) Cyclone (II) / Altera: Low cost, edulliset infrastruktuurisovellukset (3) Stratix II / Altera: High performance, suorituskykyä DSP- ja tietoliikennesovelluksiin (1) FPSLIC: (2) Cyclone: (3) Stratix ll: