Rozmowa z Toddem Dobersteinem, menedżerem odpowiedzialnym w National Instruments za systemy wbudowane i rozwiązania przemysłowe

• Wykorzystanie układów programowalnych w urządzeniach pomiarowych to ostatnio popularny w branży temat. Jakie są powody ich użycia w modułach we/wy? Co można zrobić, mając do dyspozycji układy FPGA, czego nie można było wykonać tradycyjnymi metodami?

Przede wszystkim można uruchamiać wiele równoległych zadań, mając zapewniony dla nich ten sam determinizm czasowy. Jest to jedna z największych zalet FPGA. Możliwa jest również precyzyjna kontrola czasu pracy wielu kanałów we/wy, co byłoby trudne w tradycyjnym systemie - przykładowo wykorzystującym komputer przemysłowy.

W FPGA możemy uruchamiać też wiele pętli pomiarowych i sterowania, przy czym dodając kolejne, mamy pewność, że nie wpływa to na pracę pozostałych i całkowitą wydajność systemu. Skutkiem tego funkcje kontrolne i pomiarowe mogą być wykonywane o wiele szybciej. Oceniamy, że istnieje coraz więcej aplikacji przemysłowych, w których układy FPGA sprawdzają się bardzo dobrze.

Związane jest to z wymienionymi cechami oraz faktem, że w przypadku systemów takich jak oferowane przez nas CompactRIO, każdy moduł we/wy ma bezpośrednie połączenie z FPGA. Pozwala to projektantom kontrolować pod względem funkcjonalnym i czasowym działanie wszystkich modułów. Oczywiście wymóg taki nie jest zawsze konieczny, lecz istnieje wiele specjalistycznych maszyn, gdzie wbudowanie FPGA, jako front-endu cyfrowej części systemu pomiarowego, jest bardzo wskazane.

• Jakie są przykładowe wdrożenia systemów wykorzystujących układy FPGA?

Jednym z ciekawych wdrożeń naszych produktów był system automatycznego spawania rur, który opracowany został przez francuską firmę działającą w sektorze naft owo-gazowym. W aplikacji tej maszyna spawalnicza przemieszcza się wokół rury, przy czym proces samego spawania kontrolowany jest w czasie rzeczywistym, a jego parametry dopasowywane są do kształtu rury.

Dawniej, w podobnych systemach, firma stosowała kilka różnych układów sterujących. Do kontroli ruchu wykorzystywane były PLC, natomiast do szybkich pomiarów i kontroli procesu spawania - opracowany przez nią specjalizowany układ. Wszystko to zostało zamienione na jedną platformę bazującą na CompactRIO. W tym przypadku układy programowalne odpowiadały za przetwarzanie danych i kontrolę szybkich pętli sterujących.

Aplikacje takie jak wymieniona, a więc systemy sterujące i pomiarowe dla przemysłu, energetyki, a przede wszystkim różnych maszyn specjalistycznych, to nasz główny obszar zainteresowania. Nie zajmujemy się natomiast typową automatyzacją zakładów i systemami kontroli procesów produkcyjnych.

W naszej ocenie systemy z układami FPGA sprawdzają się najlepiej u klientów, którzy tworząc swoje projekty, musieli dawniej opracowywać jakiś rodzaj specjalizowanego sprzętu. Teraz otrzymują zupełnie nowy poziom elastyczności w tworzeniu aplikacji i dużą wydajność, którą zapewniają im układy programowalne.

• National Instruments wprowadził niedawno do oferty nowe moduły we/wy z układami programowalnymi, które stanowią w istocie rodzaj komputerów jednopłytkowych. Jaka jest przyszłość FPGA w tego typu urządzeniach?

Na rynku komputerów jednopłytkowych i przemysłowych działa bardzo wielu dostawców, a sektor ten stał się wręcz mainstreamowy. Włączenie do tego typu systemów układów FPGA stwarza zupełnie nowe możliwości aplikacyjne. Możliwe staje się na przykład opracowywanie maszyn, których układ sterowania jest zmieniany podczas pracy.

W pamięci Flash komputera przechowywać można różne konfiguracje FPGA i automatycznie wczytywać je, modyfikując konfigurację systemu. O tym, że do tematu tego podchodzą poważnie również inne firmy, świadczy współpraca Intela z Alterą, której owocem są układy E600C Stellarton. Łączą one procesory Atom i FPGA, a komputery, które je zawierają oferuje już m.in. Kontron.

Innym przykładem zachodzącej ewolucji jest integracja w jednym układzie - w tym przypadku SmartFusion firmy Actel - procesora ARM i układu FPGA. Również Xilinx pracuje nad produktem, który zawierać ma dwurdzeniowy procesor ARM oraz FPGA, przy czym wykorzystywany ma w nim być specjalizowany interfejs, który zapewniłby dużą wydajność przesyłania danych.

Uważam, że w przyszłości połączenie procesorów i FPGA stanie się obowiązującym w naszej branży standardem, zapewniając długo oczekiwaną elastyczność aplikacyjną tego typu systemów. Sądzę również, że dostawcy komputerów przemysłowych skłonią się ku tego typu produktom. Przyszłym elementem tych zmian, na który przyjdzie jednak jeszcze poczekać, są układy mogące być częściowo rekonfigurowane.

Obecnie jednym z głównych problemów związanych z zastosowaniami układów FPGA jest bowiem czas konfiguracji. W wielu przypadkach można by go skrócić, zmieniając funkcjonalność tylko części układu. Wielu projektantów systemów wbudowanych z pewnością czeka na taką możliwość.

• Dziękuję za rozmowę.

Zbigniew Piątek