Applikations-Know-how ins FPGA bringen

FPGA-Prototypen in MATLAB entwickeln – Teil 2

| Autor / Redakteur: basierend auf Materialien von enclustra. / Sebastian Gerstl

Bild 2: Eingrenzung von Fehlerquellen durch den Applikationsspezialisten mit MATLAB-basierten Prototypen.
Bild 2: Eingrenzung von Fehlerquellen durch den Applikationsspezialisten mit MATLAB-basierten Prototypen. (Bild: enclustra)

FPGAs bieten ein erstaunliches „Mehr“ an Rechenpower. Der hier vorliegende zweite Teil befasst sich mit zusätzlichen Möglichkeiten, die MATLAB-basierte Prototypen bieten.

Um den ersten Teil dieses Artikels zusammenzufassen: MATLAB-basierte Prototypen für FPGA-Systeme lassen sich über Funktionen direkt aus MATLAB-Skripts heraus ansprechen und sind so auch für Applikationsspezialisten leicht zugänglich, die über kein FPGA-Know-how verfügen. Darüber hinaus können alle Funktionalitäten von MATLAB genutzt werden, um Parameter und Koeffizienten zu berechnen sowie die aufgezeichneten Daten auszuwerten. Um die Schnittstelle zwischen MATLAB und FPGA zu realisieren, empfiehlt es sich, bestehende Lösungen wie etwa FPGA-Manager von Enclustra oder Simulink Real-Time von MathWorks zu nutzen, da dadurch der Zusatzaufwand für einen MATLAB-basierten Prototyp minimal gehalten werden kann.

MATLAB-basierte Prototypen können aber nicht nur genutzt werden, um das FPGA-System zu analysieren und Parameter zu optimieren. Vielmehr helfen sie dabei, Entwicklungs-, Debugging- und Qualitätssicherungs-Prozesse effizienter zu gestalten und den Applikationsspezialisten ohne Umweg über einen FPGA-Implementationsspezialisten in diese Prozesse einzubeziehen.

Frühzeitige Tests von einzelnen Schaltungsteilen

Problematisch ist bei vielen FPGA-Systemen, dass kaum sinnvolle Daten aufgezeichnet werden können, bevor das Gesamtsystem fertig entwickelt ist. Selbst wenn diese Möglichkeit besteht, entpuppt sich die Aufzeichnung und Auswertung der Daten oft als relativ aufwändig und unhandlich. Ein Testlauf umfasst normalerweise das Berechnen neuer Parameter in MATLAB, das Exportieren der Parameter in eine Test-Applikation, die mit dem FPGA kommuniziert (üblicherweise werden hierzu Text-Files benutzt), das Importieren der aufgezeichneten Daten in MATLAB (auch hier oft über Text-Files) und letztendlich die Analyse. Dieser Vorgang ist nicht nur zeitaufwändig, sondern auch fehleranfällig, da Text-Files nur allzu leicht vertauscht werden können.

Ein MATLAB basierter Prototyp erlaubt es dagegen, einzelne Schaltungsteile nach und nach auf dem FPGA in Betrieb zu nehmen und die noch nicht implementierten Teile der Verarbeitung direkt in MATLAB auszuführen. Dadurch lassen sich Auswirkungen von implementationsbedingten Änderungen (z.B. Quantisierung) auf das Gesamtsystem einfach und schnell analysieren und auftretende Probleme können frühzeitig erkannt und behoben werden. Dadurch reduziert sich das Risiko für eine lange und aufwändige Fehlersuche am Ende des Projektes.

Da der Prototyp direkt aus MATLAB angesprochen wird, können auch alle Parameter wie beispielsweise Filter-Koeffizienten einfach in MATLAB berechnet werden. Die so eingesparte Zeit kann für mehr Testläufe und damit eine bessere Testabdeckung verwendet werden.

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