Christoph Fauck

Bei Videowänden erfolgt das Streaming von Video-Daten über einen Videocontroller, der einen Video-Datenstrom von Standard-Schnittstellen wie HDMI oder DisplayPort in einen Bildspeicher puffert und von dort über Ethernet in die Videowand streamt.

Für einen solchen High-Throughput-Videocontroller habe ich:

An das CLI-Programm dockt über eine Bibliothek eine Qt-Anwendung an, die auf dem Embedded-Linux mit LXDE-Oberfläche läuft.

Die Hardware des Videocontrollers ist ein Trägerboard mit 12 SFP+-Slots (4x 10G-Ethernet, 8x 1G-Ethernet), einem DisplayPort-Eingang und zwei DisplayPort-Ausgängen, ein SoM mit einem Arria10-SoC mit zwei getrennten DDR4-Speicherbänken (HPS und FPGA) zur maximierung der Bandbreite.

Über einen DisplayPort-Eingang werden Video-Daten in den DDR4-Speicher gestreamt, der als Double-Buffer ausgelegt ist. Die Daten werden der Größe und Lagen der Video-Panels im Video-Bild entsprechend ausgelesen, in UDP-Pakete verpackt und via Ethernet in die Video-Wand gesendet. Der Video-Controller unterstützt Auflösungen bis zu 16k mit Farbtiefen bis zu 12 Bit.

Das System nutzt Glasfaserkabel zur präzisen Temperaturmessung über lange Strecken durch die Auswertung von Stokes- und Anti-Stokes-Reflexionen im Lichtleiter. Die Steuerung der Laserpulse sowie die hochfrequente Erfassung und Vorverarbeitung der Messdaten wurden auf einer spezifischen Kundenhardware realisiert, wobei die Daten zur finalen Temperaturbestimmung via PCIe an einen SystemProzessor übertragen wurden.

Ich habe das FPGA-Design vollständig geplant und implementiert. Die Laser-Ansteuerung erfolgte über eine via PCIe beschreibbare BRAM-Tabelle. Um eine präzise Phasenverschiebung des Lasers zu ermöglichen, war einen Schaltungsteil mit einer Timing-Anforderung von 1 GHz erforderlich.

Die Messdaten wurden in einem DDR3-Speicher erfaßt, der über einen Memory Interface Generator (MIG) angebunden wurde. Zur minimierung von systematischen Speichergeräuschen habe ich eine Speicher-Shifting-Logik mit averaging implementiert. Die finalen Messdaten wurden final über das

PCIe-Interface zur Auswertung bereitgestellt, über welches die Logik auch Konfiguriert und gesteuert wurde.

Entwicklung der vollständigen Elektronik und der hardwarenahen Software-Infrastruktur für ein industrielles Drucksystem.

Die Architektur nutzt die heterogene Rechenleistung eines i.MX8M Mini (Cortex-A53 und Cortex-M4) zur Trennung von Weboberfläche, Druckrendering und Echtzeit-Drucksteuerung.

Ich habe die gesamte Elektronik des Druckers entwickelt. Ein Mainbaord mit einem i.MX8MM-SoM, das mit einem Power-Sequencing, einem zweiten Ethernet (PCIe-to-Ethernet-Bridge und einem PoE-Controller inkl. 48V-Erzeugung aus 24V), einem FPGA zur Ansteuerung von Motor-Controller und Druckleiste, einem STM32 und Motorbrücke für die Kommutierung von zwei BLDC-Motoren zur Aufwicklung sowie zahlreichen IO-Schnittstellen erweitert wurde. Die Elektronik musste Surge-Festigkeit erfüllen. Die ersten Prototypen habe ich selbst händisch bestückt und im eigenen Reflow-Ofen

gelötet.

Das FPGA-Design habe ich vollständig geplant und implementiert, die Motorsteuerungen auf dem STM32-Mikrocontroller (Sinus- und Blockkommutierung) ebenfalls.

Auf dem i.MX8 (Cortex A53-Kerne) läuft ein Yocto basiertes Embedded Linux von Variscite, das ich customized habe. Auf dem Cortex M4-Kern läuft eine von mir entwickelte baremetal Echtzeitsteuerung, welche den FPGA und den STM32 ansteuert. Das CM4-Subsystem ist über einen von mir geschriebenen Linux-Treiber (RPMSG) in das Linux-System integriert.

Im Linux-Userspace läuft eine C# basierte Software für das Rendern von Aufklebern, vorberechnen der Drucksteuerungsdaten und Webinterface zur Konfiguration von einem weiteren Zulieferer, die ich über Yocto in das System integriert habe. Das Projekt war mit dem Zulieferer geteilt.