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10 2021 Elektronik 41 Embedded Technology nach Sensor werden bereits aufgearbeitete Daten geliefert Im Falle einer Kamera als Sensor können das zum Beispiel Bilder mit erfolgter Grauwertkorrektur und Rauschunterdrü ckung sein Noch weiter gehen Sensoren für bestimmte Anwendungen wie das Identifizieren von Personen oder Merkmalen die nurmehr das Ergebnis ihrer Bildanalyse weitergeben Hinzu kommt dass für viele Anwendungen die Fusion verschiedener Sensordaten nötig ist Etwa wenn der Anwender Bilder mehrerer Kameras zusammenfügen oder die Position und Größe mittels Radar identifizierter Gegenstände auf einem Kamerabild visualisieren soll Hierfür müssen für die entsprechende Anwendung in der Regel jedoch die Rohdaten der Sensoren verfügbar sein Industrie-PC versus Embedded-FPGA-System X86-basierte Industrie-PCs sind mit vielen und unterschiedlichen Schnittstellen konfigurierbar und stellen eine hohe Rechenleistung für das Verarbeiten der Daten oder für das Streamen in eine Cloud bereit Das ermöglicht das zentrale Verarbeiten der Daten und umfassende Prozesse bei denen unterschiedliche Signaldaten zusammengefasst interpretiert und komplexe Ergebnisse ausgegeben werden Für stationäre Überwachungsund Kontrollaufgaben sind sie oftmals ein vernünftiger Kompromiss aus Entwicklungsaufwand Preis und Leistungsfähigkeit Gleichzeitig eignen sie sich aufgrund ihrer Baugröße und der oftmals hohen Leistungsaufnahme lediglich eingeschränkt für mobile oder dezentrale Anwendungen und die Integration in vorgegebene Gehäuse oder enge Einbausituationen Die Anforderungen für mobile oder kompakte Elektroniken zur Multisignalverarbeitung lassen sich wie folgt zusammenfassen ➔ Benötigt wird ein System das möglichst viele Schnittstellen für unterschiedliche Sensoren bietet ➔ Es muss über ausreichend Rechenleistung verfügen um Signaldaten zusammenfassen und gemeinsam auswerten zu können ➔ Für den mobilen Einsatz und die einfache Integration muss die Bauform kompakt und flexibel sein ➔ Lediglich tatsächlich benötigte Komponenten sollten auf der Elektronik bestückt sein um Größe Leistungsaufnahme und Serienkosten zu optimieren ➔ Ein Linux-Betriebssystem schafft die Möglichkeit zum unkomplizierten und freien Programmieren der Endanwendung In der Praxis erfüllt diese Anforderungen am besten ein Embedded-System mit Arm-Mikroprozessor Größte Herausforderung ist hierbei jedoch die Integration der zahlreichen Schnittstellen Um das zu ermöglichen setzt Hema Electronic auf die Kombination von FPGA-Technik und Arm-Prozessoren zum Beispiel mit den Bausteinen »Zynq Ultrascale+« von Xilinx Sie enthalten bis zu sechs Arm-Prozessoren und eine große FPGA-Logik mit bis zu 800 I O-Pins Die FPGA-Logik übernimmt das Vorverarbeiten der Sensordaten die entweder als Rohdaten oder minimal aufgearbeitet von den Sensoren bereitgestellt werden In der Regel sind entsprechende IP-Cores verfügbar mit denen Entwickler sehr vielseitige Schnittstellen realisieren und Sensoren direkt anschließen und konfigurieren können So führt die FPGA-Logik das Einlesen der Datenströme und hauptsächlich das Vorverarbeiten aus während die Arm-Prozessoren die Einzelergebnisse zu einem Gesamtbild oder Gesamtergebnis zusammenfassen und über die Standardschnittstellen wie Ethernet oder USB an ein übergeordnetes System weitergeben Bild 1 Schnelles Verarbeiten der Daten Ermöglicht die FPGA-Logik den Einsatz günstiger Sensoren ohne integrierte »Intelligenz« und gewährt ein schnelles Auswerten großer Datenströme so steht der Arm-Prozessor oder je nach Anwendung mehrere Prozessoren für die Analyse der kombinierten Daten bereit In der Regel gehen mit dem Vorverarbeiten keine Informationen verloren und der Prozessor erhält Zugang zu allen erfassten Daten So sind die Daten eines Kamerasensors für mehrere Anwendungen einsetzbar zum Beispiel sowohl zum Zählen von Personen als auch zum Übertragen eines kompletten Bildes der Situation So wird die Datentiefe von Kamerasensoren optimal genutzt Von den Prozessoren aus erfolgt dann gegebenenfalls die Weitergabe der Ergebnisdaten an ein Anzeigegerät Speichermedium oder eine Cloud Ein Vorteil der Architektur ist außerdem dass die Rechenleistung der Prozessoren für die eigentliche Anwendung verfügbar bleibt und keine Ressourcen über das Aufbereiten der Daten im Prozessor verloren gehen Zudem erlaubt Linux als Betriebssystem ein schnelles Entwickeln der Anwendung vom Systemintegrator und das Verwenden von Standardschnittstellen wie Ethernet oder USB Einfache Konfiguration Sind die gewünschten Sensoren festgelegt kann der Entwickler die Elektronik mit den entsprechenden Schnittstellen FPGAs und Prozessoren sowie weiteren Schaltungsteilen und Komponenten definieren Hema hat hierfür die Embedded-Vision-Design-Plattform entwickelt Das modulare Konzept umfasst die Hardware ebenso wie Middleware und ein umfassendes Softwaregerüst Bild 2 Kunden wählen ihre benötigten Schnittstellen und Bild 1 Beispielelektronik für das Verarbeiten multipler Datensignale Bild Hema Electronic