Integrated Systems for Industry and Space Applications

 

Diese Veranstaltung besteht aus einem Vorlesungsteil und einem zugehörigen Praktikum.

Der erste Termin ist am Freitag den 20. Oktober um 15:00 Uhr. Am ersten Tag findet kein Praktikum statt. 

 

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Umfang2 SWS
SemesterWintersemester 2023/24
UnterrichtsspracheEnglisch
TermineSiehe TUMonline

Termine

Teilnahmekriterien

Siehe TUMonline
Anmerkung: Anmeldung in TUMonline vom 22.09. - 27.10.2023 Durch die Anmeldung zur Vorlesung erfolgt automatisch auch die Anmeldung zum praktischen Teil des Moduls.

Lernziele

Nach Abschluss dieses Moduls sind die Teilnehmer in der Lage - aktuelle Entwicklungs-Trends in der Raumfahrtentwicklung zu benennen - Anforderungen an integrierte Systeme für den Einsatz in Industrie- und Raumfahrt-Anwendungen zu verstehen und zu analysieren - gebräuchliche Normen und Richtlinien für den Entwurf von integrierten Systemen anzuwenden - umgebungsbedingte Effekte auf Elektronik, die im Weltall betrieben wird (insbesondere Strahlungseffekte), zu verstehen - Architekturen FPGA-basierter Prozessorsysteme zu entwerfen - Die Zuverlässigkeit von integrierten System zu bestimmen und Maßnahmen zu treffen um die Zuverlässigkeit zu Erhöhen

Beschreibung

Die Vorlesung wird beinhaltet folgende Themen: 1. Einführung zum Entwicklungstrend NewSpace 2. Auswirkungen der Weltraumumgebung auf Prozessorsysteme in Satelliten 3. Integrierte Systeme für Raumfahrtanwendungen: FPGA-basierte Implementierung eines Daten-Prozessierungs-Systems (DPS), IP-Kerne, Speicher- und Kommunikations-Schnittstellen 4. Quantitative Analyse von Strahlungseffekten auf das DPS Konzepts 5. Quantitative Zuverlässigkeitsanalyse des DPS Konzepts und Implementierung von Maßnahmen zur Zuverlässigkeits-Erhöhung

Inhaltliche Voraussetzungen

Grundkenntnisse in Elektronik, Schaltungstechnik, Grundkenntnisse in VHDL und C Programmierung

Lehr- und Lernmethoden

Zusätzlich zu den individuellen Lernmethoden des Studierenden wird eine vertiefende Kenntnis- und Fähigkeitsvermittlung durch die Anwendung der Inhalte aus der Vorlesung bei der selbstständigen Bearbeitung von aufeinander aufbauenden Übungsaufgaben in Gruppenarbeit angestrebt. Der zeitnahe Transfer von theoretischem Vorlesungswissen in die praktische Umsetzung fördert den Kenntnis- und Fähigkeitsvermittlung.

Studien-, Prüfungsleistung

Die Benotung erfolgt zweigeteilt. Die schriftliche Prüfung zählt 50% zur Gesamtnote. Es werden die theoretischen Grundlagen abgefragt, die im Rahmen der Vorlesung vermittelt wurden. Die Ergebnisse einer Projektarbeit, welche auf dem praktischen Teil des Moduls basiert, werden in Form von Präsentation und Demonstration des entwickelten Systems bewertet und ergeben die weiteren 50% der Gesamtnote.

Empfohlene Literatur

"Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs: Einführung mit VHDL und SystemC" FPGA Design - Best Practices for Team-based Design, P. Simpson, Springer Synthesizable VHDL Design for FPGAs; E. A. Bezerra, D. V. Lettnin; Springer Beginning FPGA: Programming Metal; A. Pang, P. Membrey, APress Microsemi literatur, available at www.microsemi.com ECSS-Q-ST-60-02C – ASIC and FPGA development ECSS-Q-HB-60-02A – Techniques for radiation effects mitigation in ASICs and FPGAs handbook

Links

Das Labor-Praktikum beginnt am 27. Oktober 2023.

Umfang2 SWS

Termine

Lernziele

- Architekturen FPGA-basierter Prozessorsysteme umsetzen - einfache Anwendungen auf einer Microsemi SmartFusion2 SoC Zielhardware zu entwickeln - Maßnahmen in integrierte Systeme zu implementieren, die der Verbesserung der Zuverlässigkeit dienen, z.B. Fehlerkorrekturen - einfache Testaufbauten für die Inbetriebnahme von HW zu verwenden

Beschreibung

Die Laborübungen knüpfen an Thema Nr. 3 der Vorlesung an (FPGA-basierte Implementierung eines Daten-Prozessierungs-Systems). Im Rahmen dieses Vorlesungs-Themas werden FPGAs im Generellen und übliche FPGA Technologien wie SRAM, Flash und Antifuse erläutert und bzgl. ihrer Tauglichkeit für hoch-zuverlässige Industrie und Raumfahrtanwendungen verglichen. Weiterhin wird ein generisches Daten-Prozessierungs-System (DPS) konzeptionell entworfen. Dieses wird dann die Basis für die Laborübungen darstellen. Der Laborkurs basiert auf Microsemi HW (SmartFusion2 SoC FPGA) mit FPGA-externen Speicher und Daten Aufnahme. Mit Hilfe der Microsemi Entwicklungsumgebung Libero werden einfache Anwendungen wie z.B. Datenfilterung, Speicheranbindung, Fehlerkorrektur usw. entwickelt und auf der Ziel-Hardware implementiert und getestet. Aufbauend auf den Laborkurs werden die Studierenden in Gruppen zu zweit oder zu dritt verschiedene (Online-) Gruppenarbeiten durchführen und im Team eine kleine Applikation entwickeln. Die Ergebnisse der jweiligen Gruppenarbeit werden in Form von kurzen Präsentationen den jeweils übrigen Kursteilnehmern vorgestellt. Diese Gruppenarbeit wird bewertet und zählt zur Hälfte zur Gesamtnote.

Lehr- und Lernmethoden

Der Transfer von der Definition eines Architekturkonzepts, Entwurf (Layout und Parametrisierung), Analyse des Entwurfs (erwartete Performance, Zuverlässigkeit, Leistungsverbrauch) bis hin zur Erstellung der Applikation und deren Inbetriebnahme wird erklärt. Die Kursteilnehmer werden die notwendigen Entwicklungsschritte und den Übergang von Theorie zur Praxis kennenlernen.