Communication Module

juk1Die Jöhl + Köferli AG bietet Funktechnik-Lösungen nach Mass. Ergänzt durch ein Leitsystem entsteht die zentrale Kommunikationsinfrastruktur für den öffentlichen Verkehr.

Die lückenlose und zuverlässige Funkabdeckung eines Gebietes wird durch topografische und bauliche Hindernisse erschwert. Die Jöhl + Köferli Gleichwellenfunktechnologie löst dieses Problem. Durch mehrere räumlich getrennte Basisstationen wird die Funkabdeckung garantiert. Diese senden die Informationen synchronisiert auf derselben Frequenz aus. So wird das Frequenzspektrum ökonomisch genutzt und es können einfache Endgeräte verwendet werden.

Die Sprachverbindung zwischen der Leitstelle und den Basisstationen erfolgt per Voice-over-IP. Die mikrosekundengenaue Synchronisierung basierend auf GPS erlaubt das gleichzeitige Aussenden des Signals an allen Basisstationen.

Die Supercomputing Systems AG (SCS) erarbeitete eine universelle Hardware Plattform, welche sowohl auf Seite Leitsystem (TMC) als auch auf Seite Funkstandort (BSC) eingesetzt werden kann. Sie basiert auf einem multi core ARM Cortex A9 Prozessor und Altera FPGA Technologie.

Weiter wurden die Linux Software und FPGA Firmware für die synchrone Voice-over-IP Kommunikation, FSK Modems und Rufauswerter entwickelt.

JoelKoeferli_LogoDie Plattform eignet sich für die Integration einer Vielzahl weiterer Signalverarbeitungsaufgaben.

Jöhl + Köferli setzt das Modul flexibel und universell ein und erweitert und es entsprechend der unterschiedlichen Bedürfnisse der Verkehrsbetriebe. Durch Web basierte Konfiguration ist eine Anpassung rasch erledigt.

Ansprechsperson bei SCS
Christof Sidler

 

Wir demonstrieren ein Entwicklungssystem für Stereo-Kamera-Fahrerassistenzsysteme auf der Basis des Zynq All Programmable SoC. Optimiert für die Entwicklung von Bildanalysealgorithmen demonstriert dieses System sowohl eine Bildentzerrung als auch die Berechnung des SGM Stereo um die Lage und den Abstand von Objekten abzubilden.

Um mehr zu erfahren, besuchen Sie uns an der Embedded World in Nürnberg.
Wir sind zu Gast am Xilinx-Stand 1-205.

www.scs.ch/fpgabox

SGM Stereo on SCS Zynq Box

EW2014

SwissFEL_BeamProfile_02Das Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen plant den Bau einer neuen Röntgenlichtquelle, der Schweizer Freie-Elektronen-Laser Swiss FEL. Dank der hohen Zeitauflösung (10-15s) sollen in Zukunft vor allem die dynamischen Prozesse in Festkörpern und Molekülen studiert werden.

Für die SwissFEL Strahldiagnostik wird ein neuartiges bildgebendes Messsystem entwickelt, kurz die ‚camBox’, welche den Elektronenstrahl mit Hilfe von 2D Kameras erfasst, die Kamerabilder lokal in Echtzeit verarbeitet, und die relevanten Strahlparameter wie z.B. Position, Breite mit minimaler Latenz an Computer im Kontrollraum schickt.

Lösung

Gemeinsam mit dem PSI wurde ein Entwicklungsplan erarbeitet und bis Phase-3 durchgeführt ():

  1.  Anforderungen & Spezifikationen  Hard- & Software, Algorithmen, Interfaces
  2. Design Studie  Evaluation von 5 Lösungsvarianten mit Ergebnis
  3. Prototyp Entwicklung mit Fokus Zeitersparnis  VME-FPGA-Plattform mit Standardkomponenten
  4. Industrialisierung mit Fokus Kostenoptimierung  Linux PC mit FPGA-Beschleuniger als Eigenentwicklung

Seit Anfang 2013 wird der von SCS entwickelte camBox Prototyp am PSI getestet. Projektstart war 2011.

Technische Eigenschaften der camBox

camBox_Design_and_FPGA-ImgPorcessing_02
Abbildung: camBox Architektur und Image Processing Pipeline

Die camBox übernimmt folgende Aufgaben:

  • Analyse der Strahlprofile von Kamerabildern mit Frameraten bis 100Hz
    • Korrektur von Bildartefakten
      • Cosmics, Salt & Pepper Noise
      • Offset- und Hintergrundlevels
      • Kamera Rotationen: ± 5°, ±90°,180°
  • Berechnung von Strahlparametern
    • Strahlprofile entlang Kameraachsen: x-Profile, y-Profile
    • Strahlposition: z.B. via Center-of-Mass (CoM) oder Brightest-Pixel
    • Strahlbreite: z.B. via Full-Width-%-Maximum (FW%M), curve fitting
  • Unterstützung Kamerainterface GigE Vision
  • Synchronisation via Event & Timing Logic von SwissFEL
  • Schnittstelle zu EPICS
camBox_AlphaData_Prototype_01
Abbildung: Hauptmodule der camBox (v.l.n.r): FPGA-Beschleuniger, Kamerainterface, VME Carrier

 

 

 

 

 

Kundenutzen

Die camBox erfasst charakteristische Parameter des SwissFEL Elektronenstrahls in Echtzeit und übermittelt diese mit kurzer Latenz zur Strahldiagnostik ins Kontrollzentrum. Diese diagnostischen Daten sind wichtige Regelparameter für das Kontrollzentrum, sowohl bei der Inbetriebnahme, der Optierung, dem Betrieb und dem Unterhalt der SwissFEL.

Weiterverwendung

Die Beschleunigung von Bildverarbeitungsprozessen mit Hilfe von FPGAs kann typischerweise da eingesetzt werden, wo die Geschwindigkeit von Multi-Core Prozessoren oder GPU Lösungen nicht ausreicht. Und: FPGA-Entwicklungen sind eine unserer Kernkompetenzen.

Ansprechsperson bei SCS
Christof Bühler

Ein deutscher OEM beauftragte uns, die 3D-Struktur vor dem Fahrzeug anhand der Videobilder zweier Kameras dicht und genau zu berechnen. Mit Hilfe dieser Information können zukünftige Fahrzeuge die Ereignisse in ihrer unmittelbaren Umgebung bewerten, indem die Position von Fahrzeugen, Fussgängern und Hindernissen aller Art im Voraus bestimmt und berechnet werden.

Pentium4-PC um Faktor 50 langsamer

Die aufwändige Bildverarbeitungs-Software wurde von unserem Auftraggeber auf einem Dual-Pentium-PC entwickelt. Ziel des Projektes war, für die Vorserienentwicklung abzuklären, ob sich der Algorithmus zur Implementation auf einem automotiv qualifizierten FPGA eignet.

Die intelligente Lösung

SCS entschied sich für ein Entwicklungsboard mit einem Xilinx Virtex4 FPGA, das die Bilddaten über PCIe austauscht. Nach der Analyse des Algorithmus folgten die Entwicklungsschritte Design, Implementierung und Test auf dem FPGA. Weitere Optimierungen wurden durchgeführt, um den Stromverbrauch zu reduzieren und die Anwendung in einem automotiv tauglichen Xilinx Spartan 3A-DSP FPGA zu ermöglichen. Die Rechenleistung der FPGA-Lösung übertrifft den PC um den Faktor 50. Mit dem Prototypen als PCIe-Karte im Versuchsfahrzeug konnten die Forscher die Umsetzbarkeit der Algorithmen in zukünftigen Fahrzeugen nachweisen. Die FPGA-Lösung von SCS wird ab 2013 in Serienfahrzeugen eingesetzt.

SCS ist Mitglied des ‚Xilinx Alliance Certified Third Party Program‘ und bietet Produkte und Dienstleistungen mit Xilinx FPGAs an. Dazu  gehören eine breite Palette von Hard- und Firmware-Entwicklungen sowie Consulting-Dienstleistungen. Durch die langjährige Zusammenarbeit mit Xilinx wird der Entwicklungszyklus für neue Produkte entscheidend beschleunigt.