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16 Elektronik 05 2022 EmbEddEdsystEmE kostenoptimierte Architekturen sowie flexible und einfach zu bedienende Software In vielen Anwendungsfällen spielen PolarFire FPGAs oder PolarFire SoCs mit RISC-V-Prozessorsystem eine entscheidende Rolle Professionelle Drohnen mit geringer Leistungsaufnahme Professionelle Drohnen wie in Bild 1 dargestellt unterliegen strengen An - forderungen an die Flugsicherheit ➔ ➔ Präzises Steuern und Positionieren einschließlich Vermeiden von Kollisionen ➔ ➔ Gesicherte Kommunikationsund Kontrollfrequenzen ➔ ➔ Vorhersehbare Flugzeit Um im umkämpften Drohnenmarkt erfolgreich zu sein müssen sich Hersteller über zusätzliche Funktionen wie hochauflösende Bildgebung und künstliche Intelligenz KI differenzieren Daher erfordern die Drohnen oft mehrere Sensoren die Möglichkeit der Vorverarbeitung oder Fusion von Sensordaten sowie das Übertragen der Daten über eine drahtlose Verbindung Der Anwendungsbereich von Drohnen ist breit gestreut vom Überwachen der Pflanzengesundheit und des Wachstums in der Landwirtschaft über die Objekterkennung für die Polizei bis hin zum Überwachen von Lagesituationen bei Feuerwehreinsätzen Bei allen Applikationen muss die Flugsteuerungselektronik in der Lage sein den Motor zu steuern und die Rotorgeschwindigkeit zu handhaben Außerdem muss es möglich sein mit Sensoren zu interagieren und sich per Funk mit der Elektronik am Boden zu verbinden Voraussetzungen hierfür sind kompakte Maße geringes Gewicht sowie eine geringe Leistungsaufnahme Ein Blockdiagramm für ein solches System ist beispielhaft in Bild 2 dargestellt Unter Nutzung der flexiblen FPGA-Architektur werden Motoren von feldorientierten Steuerungsalgorithmen Field-Oriented Control FOC angetrieben Aufgrund der Performance des FPGAs kann die Kontroll-IP im Zeitbereich gemultiplext werden und damit mehrere Motoren von einer gemeinsamen Motorsteuerung aus kontrollieren Die genaue Anzahl der Motoren hängt von der gewählten FPGA-Architektur ab Zudem ermöglicht die hohe Genauigkeit der FOCs ein konstantes Drehmoment an den Motoren Das führt zu einem ruhigeren Lauf mit weniger Vibrationen geringerer Lautstärke sowie einer um etwa zehn – oder mehr – Prozent längeren Flugzeit verglichen mit Standard-Motorsteuerungen mit einfachen Mikrocontrollern Zusätzliche Schnittstellen für Licht-Bewegungsoder Infrarot-Sensoren – zum Beispiel für maschinelles Sehen – sind sorgfältig zu berücksichtigen und erforderten in der Vergangenheit spezielles Fachwissen Das »VectorBlox« Software Development Kit SDK sowie die zugehörige Matrixprozessor-IP von Microchip helfen FPGA-Entwicklern beim Bereitstellen komplexer neuronaler Netzwerkalgorithmen in der FPGA-Struktur Hiermit sind Klassifizierungen bei sehr geringer Leistungsaufnahme möglich Alle neuronalen Netze die auf der Beschleuniger-IP laufen können Entwickler mit Standard-Frameworks wie »TensorFlow« oder »Caffe« entwerfen Alle Ergebnisse werden im lokalen On-Board-Speicher gepuffert und an - schließend an ein On-Board-Funkmodul übertragen Es kommuniziert mit dem Nutzer als Gegenstelle auf der die erhobenen Daten für das weitere Verwenden gespeichert werden Weiterhin schützen die Sicherheitsfunktionen der PolarFire-Bausteine sowohl die übertragenen Daten als auch die Drohne selbst vor unbefugtem Zugriff Bild 3 Das Blockdiagramm zeigt ein Beispieldesign für ein tragbares medizinisches Gerät Hierbei ermöglicht das PolarFire FPGA eine sehr niedrige elektrische Gesamtleistungsaufnahme Bild 4 Mit PolarFire SoCs lassen sich ebenfalls Videos konvertieren Die Konverter unterstützen verschiedene Protokolle wie HDMI CoaXPress sowie verschiedene Ethernet-Protokolle Bild Mic ro ch ip Tec hn ol og y Ge rm an y Bild Mic ro ch ip Tec hn ol og y Ge rm an y