Hardware-Engineering

Eingebettete Systeme sind eine entscheidende Komponente zur Umsetzung moderner Applikationen. In der Industrie ermöglichen sie eine kosteneffektive Lösung für die Implementierung von Echtzeitanwendungen. Sie werden in Maschinensteuerungen, Sensorik, Aktorik und anderen Komponenten eingesetzt, um Produktionsprozesse effizienter und sicherer zu gestalten.

In der Smart City und auch in spezifischen Industrieapplikationen ermöglichen energiesparende IoT-fähige Sensorsysteme einen energieautarken Betrieb und das Erfassen, Verarbeiten sowie Kommunizieren von Daten an Standorten ohne Möglichkeit einer dauerhaften Stromversorgung. Hierzu setzen wir spezielle Ultra-Low-Power-Prozessoren in Verbindung mit Energiequellen wie PV-Module und Lithium-basierten Energiespeichern sowie Funkschnittstellen ein.

Für Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Rechenleistung bieten sogenannte FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) den Vorteil, dass mit ihren programmierbaren Logikbausteinen flexibel und kosteneffektiv prototypische Lösungen oder Kleinserien für die Implementierung von digitalen Schaltungen, Signalverarbeitung, Kommunikation, Steuerung und anderen Anwendungen umgesetzt werden können.

Unser Leistungsangebot:

• Beratungen zu Hardware-Engineering und programmierbarer Logik (FPGA-Technik inkl. embedded CPUs)
• Architekturentwurf und Spezifikationen
• Implementierung im Bereich eingebetteter Systeme (Platinen-, FPGA- und Softwareentwicklung) inkl. Unterstützung von FPGA- und ASIC-Entwicklungsprojekten der Industrie
• Umsetzung von FPGA-Spezialanwendungen wie z.B. Multi-Gigabit-Kommunikation
• Anbindung von Sensorik
• Test von eingebetteten Systemen (Hardware-in-the-loop (HIL), Verifikation durch Simulation)

Kernnutzen für Unternehmen:

• Kosteneffiziente Lösungen: Reduzierung der Gesamtkosten durch applikationsspezifisches Hardware- Engineering
• Schnelle Implementierung: Effiziente Umsetzung von Prototypen und Kleinserien durch bewährte Prozessor- und FPGA-Technologien
• Hohe Flexibilität: Anpassbare Lösungen dank programmierbarer Logik (FPGAs)
• Energieeffizienz: Entwicklung von energiesparenden IoT-fähigen Systemen für autarke Anwendungen
• Expertise in Embedded Systems: Zugang zu spezialisiertem Wissen in der FPGA- und ASIC-Entwicklung sowie Programmierung
• Zuverlässigkeit: Entwicklung von Tests und Validierungen (HIL, Simulation) zur Gewährleistung der Systemqualität
• Innovationsförderung: Unterstützung bei der Entwicklung neuer Technologien und Anwendungen (z.B. KI-basiert)

Ausstattung:

• FPGA-Tool Chains der Hersteller Intel (Altera) sowie AMD (Xilinx)
• Verschiedene FPGA-Boards, wie z.B. Xilinx Zynq Ultrascale +
• High-Speed Oszilloskope
• Logic Analyzer
• Simulationsumgebung Questa Sim mit Lizenzen

Referenzen / Publikationen:

• Flatt, Holger; Jongmanns, Malte; Heilmann, Gernod; Maly, Doris; Petric, Alexandra; Kirchner, Ingmar; Holzapfel, Matthias; Bunge, Frank: A model-based SoC FPGA design approach for implementing industrial high-speed and low-latency green energy control applications. In: IEEE International Conference on Artificial Intelligence & Green Energy (IEEE ICAIGE24), Yasmine Hammamet, Oct. 2024
• Flatt, Holger; Heilmann, Gernod; Bunge, Frank; Westerkamp, Jan: Ultra-Hochgeschwindigkeitskommunikation - Neues Systemkonzept zur Regelung dezentraler Netzeinspeiseumrichter. In: ew-Magazin 09/2023, VDE Verlag GmbH, S. 34-37, Sep 2023.
• Flatt, Holger: Science to Business am Beispiel Elektronikentwicklung mit FPGAs zur Ultrahochgeschwindigkeitsregelung von Netzeinspeiseumrichtern für Windenergieanlagen (Vortrag). In: CIIT Tech-Talk, Dezember 2023
  (Link zur Aufzeichnung)
• Flatt, Holger; Schriegel, Sebastian; Jan Westerkamp; Ingo Mackensen; Albrecht Gensior; Jasperneite, Jürgen: Ethernet-basierte Ultra-Hochgeschwindigkeitskommunikation für eine Regelung dezentraler Einspeiseumrichter von Windenergieanlagen. In: Kommunikation in der Automation (KommA 2021), Magdeburg, Nov 2021
• FPGA-basierter TSN-Monitor
• FPGA-basiertes redundantes und zeitsynchrones Ethernet auf Grundlage der Protokolle HSR, PRP und IEEE 1588
• FPGA-basierter Echtzeit Ethernet-Switch auf Grundlage der Protokolle PROFINET und IEEE 1588
• PROFINET ASIC TPS-1: Single-Chip-Lösung für Profinet Feldgeräte mit über 10 Jahren erfolgreichem Einsatz am Markt
• Projekt FastCOMv2 mit Enercon: Entwicklung einer neuartigen Steuerungskommunikation für Windenergieanlagen mit Nennleistungen im Megawattbereich
• Projekt ZIM iOrt: Entwicklung einer intelligenten Orthese mit neuartigem, optischen Sensorsystem
• Projekt Intelligente Tasse – SmartCUP: Technologiedemonstrator für energieautarke IoT-Systeme