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Wo werden FPGAs verwendet? – TEIL1

FPGAs finden in den unterschiedlichsten Branchen Verwendung. Man kann vorweg sagen, dass FPGA nicht gleich FPGA ist. Insofern kann man auch den Einsatz nicht pauschalisieren. Doch aus der Vergangenheit lässt sich sagen, in welchen Bereichen FPGAs ihre Stärken unter Beweis gestellt haben.

FPGA Verwendung in der Automatisierung

Jede Maschine wird am Ende des Tages am Output pro Zeit gemessen. Faktoren wie Rüstzeit, Zuverlässigkeit und Qualität des Outputs haben gleichmäßig direkt Einfluss auf den Output pro Zeit. Was hat ein FPGA damit zu tun und wann entfaltet er seine Vorteile? Ein FPGA wird im Steuergerät (SPS) einer Maschine eingesetzt. Je schneller das Steuergerät die vorgegebenen Regelzyklen bedienen kann, umso schneller kann die Maschine letztendlich arbeiten. Gleichzeitig steigt durch die kürzeren Regelzeiten die zeitliche Genauigkeit und damit auch die Möglichkeit auf anderen Ebenen wie der mechanischen Positionierung oder der möglichen Sensorabtastraten.

Mit einem FPGA können diese Prozesse in Echtzeit durchgeführt werden. Durch die Rekonfigurierbarkeit von FPGAs können zudem Rüstzeiten verkürzt werden. Denn zur Anpassung der Maschine auf die Anforderungen an eine neue zu fertigende Serie muss nicht die komplette SPS ausgetauscht werden sondern lediglich das FPGA „umprogrammiert“ werden, was problemlos möglich ist. Deshalb entfalten FPGAs gerade im Sondermaschinenbau Ihre Vorteile.

FPGA-Einsatz in der Bildverarbeitung

In der Bildverarbeitung ist es notwendig große Daten möglichst synchron und so schnell wie möglich zu verarbeiten. Nur dadurch erlangt man die größtmögliche Auflösung, ohne dabei die für das menschliche Auge entscheidende frames-per-second Rate (Bilder-pro-Sekunde) zu unterlaufen. Noch kritischer werden die Anforderungen im Bereich der Augmented reality, bei der die Darstellung der Bilder zusammen mit den gewünschten überlagerten Elementen, in einer möglichst kurzen Zykluszeit vereint werden müssen. Gelingt dies nicht, wird der Nutzer Probleme bekommen die Overlays mit dem gesehenen zu verknüpfen.

Für alle interessierten habe ich noch einen Link zu einer Arbeit von Herrn Dr. Peter Dillinger zum Thema Einsatz von FPGA Prozessoren als Datenreduktionshardware in der Bildverarbeitung

FPGA Verwendung in der Luft- und Raumfahrt

FPGAs bieten durch Ihre Flexibilität (Stichwort Rekonfigurierbarkeit) auch in der Datenübertragungstechnik einige Vorteile. Deshalb wird auch in der Luft- und Raumfahrt versucht FPGAs einzusetzten. Das Problem dabei ist jedoch die Strahlungsanfälligkeit. Deshalb werden dort häufig Flash-basierte FPGAs eingesetzt. Der Nachteil dabei ist die relativ geringe Logikdichte.

Da sich gerade in der Satellitentechnik Protokolle schnell weiterentwickeln ist die Forschung bestrebt in Zukunft SRAM-basierte FPGAs einzusetzen, damit die Steuerungshardware in der Datenübertragung auch mit der langen Lebensdauer der Satelliten mithalten kann und nicht bei jeder Änderung der Algorithmen oder eines Protokolls komplett getauscht werden muss.

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