Altium Designer wird dazu verwendet, die innovative Elektronik für einen radikal neuen, autonomen, elliptischen und runden „Flying Wing“ für Such- und Rettungsarbeiten zu erstellen.
„Altium LiveDesign ist ein Tool, das einfach jeden Aspekt der Arbeit mit FPGAs bereichert. FPGA-basierte Systeme, deren Entwicklung in der Vergangenheit Monate in Anspruch nahm, können jetzt in einer Woche erledigt werden. Altium Designer hat mein Projekt gerettet. Wir liegen wieder im Zeitplan!“
William Rieken
Graduate School of Information Science
Nara Institute of Science and Technology
Japan
Das Nara Institute of Science and Technology (NAIST) in Nara, Japan, ist ein Forschungs- und Bildungsinstitut. Der Schwerpunkt des Hauses liegt auf der Entwicklung der Gesellschaft durch Wissenschaft und Technologie. Ein typisches Beispiel für diese Ausrichtung ist die NAIST Graduate School of Information Science. Hier führt Doktorand William Rieken bahnbrechende Forschungsarbeiten zu einem autonom gesteuerten UAV (Unmanned Aerial Vehicle) durch. Diese Flugkörper verfügen über komplexe Imaging-Systeme speziell für Such- und Rettungsarbeiten. Das hochleistungsfähige UAV basiert auf einem radikal neuen ECW (Elliptical Circular Wing) Design und steckt voll von komplexer Elektronik, um Onboard-Video, Telemetrie und Flugsysteme zu unterstützen. Dank Altium Designer liegt dieses komplexe Projekt jetzt wieder im Zeitplan. Der Doktorand und sein Studententeam konnten mit ihrem Design in ganz neue Dimensionen vorstoßen und dabei die Entwicklungszyklen erheblich verkürzen.
Die wichtigsten Herausforderungen
Der Auslöser für Riekens ambitioniertes Such- und Rettungsprojekt war, zumindest teilweise, das tragische Erdbeben 1995 in Kobe in Japan, bei dem mehr als 6000 Menschen starben. Was damals fehlte, war ein schnell einsetzbares, visuelles Such- und Rettungssystem, welches das Leben der Rettungsarbeiter nicht gefährdete. Die Entwicklung eines Flugkörpers für diesen Zweck hat das Team vor enorme Herausforderungen gestellt. Die unterschiedlichsten Disziplinen waren an dem Projekt beteiligt, während hoch spezialisierte Software verwendet wurde, um zentrale Elemente des Designs zu erstellen. Die komplexe Elektronik des Projekts, zu der in erster Linie FPGA-Embedded Systeme mit High-Speed Verarbeitung und Steuerungssystemen gehören, erforderte eine ganze Reihe von Softwarelösungen und kompatiblen Hardware-Entwicklungsboards. Auf Grund von Defiziten bei Hardware und Software und Schwierigkeiten bei der Bewältigung von verschiedenen Designplattformen nahmen diese separaten Designlösungen einen Großteil der Entwicklungszeit des Teams in Anspruch.
Die Herausforderungen annehmen
Nachdem er sich bereits über andere Elektronikdesignlösungen für sein Projekt informiert hatte, war William Rieken von den einmaligen Fähigkeiten des Altium Designers besonders beeindruckt. Das vollständige Elektronikentwicklungssystem von Altium umfasst das herstellerunabhängige NanoBoard-NB1, das FPGA-Entwicklungsboard von Altium. Rieken und sein Team verwenden dieses System jetzt für die gesamte Elektronikentwicklung. Mit Altium Designer kann das Team das gesamte Hardware-, Embedded- und Software-Design in einer einfach zu benutzenden, einheitlichen Umgebung erledigen. Anschließend können die Ergebnisse in Echtzeit untersucht und „debugged“ werden. Hierfür werden die Embedded Testinstrumente von Altium und austauschbare Aufsteckplatinen mit den neusten FPGA-Bausteinen verwendet – erleichtert durch die LiveDesign-Methodik von Altium. Die Designer können jetzt problemlos IP Cores und Source-Code direkt in Projekt-FPGAs implementieren, und zwar mit Verilog, VHDL und C, oder auf Schaltplanebene mit den IP Logikblöcken und Prozessoren von Altium Designer.
Die Ergebnisse
Mit Altium Designer, dem Entwicklungssystem für Elektronikprodukte, konnten Rieken und sein Team die Entwicklungsrate des Projekts erhöhen. Gleichzeitig konnten sie ein Redesign einzelner Teile ausführen, um die Leistung zu verbessern. So konnte z.B. die Upload- und Download-Geschwindigkeit des Onboard-Transmitters des UAVs, der sich aus FPGAs und einem 1GHz DSP zusammensetzt, mehr als verdoppelt werden. Ähnliche Leistungssteigerungen werden für die 1GB Datenrate des Video Engine Backbones des Systems erwartet. Nach Aussage von Rieken können FPGA Embedded Designvorgänge, die früher Tage oder sogar Wochen dauerten, jetzt innerhalb von Minuten erledigt werden. Die Studenten in seinem Team sind so von der Benutzerfreundlichkeit und Geschwindigkeit des LiveDesign-Ansatzes beeindruckt, dass sie jetzt viele ihrer eigenen Designs in die FPGA-Umgebung portieren wollen.
Das Projekt steht kurz vor der Verwirklichung: Prototypen werden gerade getestet, Testflüge stehen kurz bevor und die Video-, Telemetrie- und Flugkontrollsysteme sind betriebsbereit. In seiner endgültigen Implementierung wird das Such- und Rettungs-UAV ein 360º Vision-System enthalten, für das Videosignale von einer Reihe von Onboard-Kameras erstellt werden. High-Speed Daten-Upload und Download-Verbindungen, Virtual Reality-Flugführung und Observer Vision-Systeme sowie erweiterte Funktionen wie automatische Kollisionskontrolle und ein lasergesteuertes Landesystem gehören ebenfalls dazu. Das Forschungsprojekt ist weltweit auf reges Interesse gestoßen, wovon natürlich auch Altium profitiert.
Informationen zur Universität
Das Nara Institute of Science and Technoloy (NAIST) befindet sich in Nara, der Hauptstadt der Präfektur Nara in der japanischen Region Kansai. Diese Universität ist auf Forschung und Bildung in den Bereichen Naturwissenschaften und Technologie spezialisiert. Die “Graduate School of Information Science” am NAIST fördert interdisziplinäre Forschung in Naturwissenschaften und Technologie, und zwar durch Einrichtungen wie das Image Processing Laboratory unter der Leitung von Dr. Kunihiro Chihara. Dieses Labor hat Image Processing-Systeme auf dem neusten Stand der Technik und moderne Computertechnologie zu bieten, mit denen z.B. die oben erwähnten Kamera- und Virtual Reality-Systeme erstellt wurden.
Hier finden Sie weitere Informationen: www.aist-nara.ac.jp und www.aist-nara.ac.jp/~rieken
