Ultraschnelle Soc-FPGA-Synthese für die modellgetriebene Funktionsentwicklung

Auf  dem  Gebiet  der  software- und wissensintensiven  eingebetteten  Systeme  hat  sich Deutschland bereits eine führende Stellung, insbesondere im Automobil-und Maschinenbau erarbeitet. Neue Produkte kommen in immer kürzeren Abständen auf den Markt. Trotz stetig steigenden Ansprüchen,  müssen diese Produkte mit  knapper  werdenden  Ressourcen  in immer kürzeren Zyklen entwickelt werden - und das möglichst effizient. Häufig basieren aktuelle Produkte jedoch auf Mikroprozessor-Architekturen, die speziell auf den jeweiligen Anwendungsfall mit bestimmten Leistungsmerkmalen zugeschnitten und damit unflexibel und nicht breit einsetzbar sind.

Aus diesem Grund muss die Plattform für die Serienhardware zu einem viel zu frühen Zeitpunkt der Entwicklung ausgewählt, gefertigt und manuell programmiert werden. Eine frühzeitige Festlegung der Hardwarearchitektur ist häufig nur schwer möglich, da der Leistungsbedarf für die noch zu entwickelnden Funktionen und Algorithmen noch nicht feststeht. Produktänderungen und Produktvarianten führen durch Hard- und Softwareanpassungen zu einer signifikanten Zeit-und Kostenerhöhung und verlangsamen den Entwicklungsprozess und die Markteinführung neuer Produkte erheblich. Eine   modulare,   flexible   Hardwarearchitektur,   die   über   den gesamten Entwicklungsprozess einsetzbar wäre,  baut  auf programmierbaren Chips, sogenannten  SoC-FPGAs, auf,  deren Programmierung   jedoch   fehlerträchtig  und  langwierig  ist.  Auch müssen  die  Entwickler  die  Synthese-Werkzeuge des  FPGA-Herstellers  bei  sich  betreiben,was  erhebliche  Lizenzkosten  nach  sich  zieht.  Ferner  liegen  die  Laufzeiten  der  Synthese-Werkzeuge im  Bereich  mehrerer  Stunden  bis  Tage.

An dieser  Stelle  setzt  das  Projekt UltraSynth  mit  einem  hochinnovativen  Lösungsweg  an. Dazu  wird,  ausgehend  vom Modell der Regelungsalgorithmen und -funktionen, mit Hilfe eines speziellen Werkzeugs (Scheduler) und angepassten Hardware-Einheiten (sogenannte Reconfigurable Coarse Grain Architecture(CGRA))  der Code für das SoC-FPGA generiert(siehe Bild). UltraSynth verkürzt die Synthese des FPGAs von mehreren Stunden auf wenige Sekunden und  erhöht  somit  die  Produktivität  und  Reaktivität  der  Entwickler  und  damit  die  Planbarkeit der  Entwicklung  und  die Qualität  der  Produkte  erheblich.Zur  Vermarktung  und  Verbreitung der Projektergebnisse integriert der Projektpartner iXtronics die von der TU Darmstadt entwickelte ultraschnelle Synthese und die angepassten Hardware-Einheiten in eine neue Toolbox seines  Produkts  CAMeL-View.  Das  ist  eine etablierte  Entwicklungsumgebung  für  den  modellbasierten  Entwurf  komplexer  technischer Systeme. 

Die Projektpartner bringen ihre individuellen Kompetenzen in das Projekt in folgenden Teilen ein:

• iXtronics (Konsortialführer): Verarbeitung der Modelbeschreibungen, Integration des Systems in die CAMeL-View-Toolbox
• Ziegler Instruments: Einsatz der Echtzeit- Controller- Technologie im Fahrzeug, Evaluation der Ergebnisse
• Hella: Spezifikation der Testfälle Fahrerassistenzsysteme, Evaluierung der Ergebnisse
• Fachgebiet Rechnersysteme, TU Darmstadt: Architektur, Entwurf und Generierung des CGRA, Hardwaresynthese, Scheduling
• Fachgebiet Eingebettete Systeme und ihre Anwendungen, TU Darmstadt: Erzeugung der Hardware- Recheneinheiten und Optimierung der Hardwaresynthese

Förderung

Das Forschungsvorhaben Ultrasynth - Ultraschnelle Soc-FPGA-Synthese für die modellgetriebene Funktionsentwicklung wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme „KMU-innovativ“ unter dem Förderkennzeichen 01 IS 15020 D gefördert.