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Im Rahmen dieser Arbeit werden digitale Schaltungen für die Berechnung von
Quotienten und die Auswertung der Arkussinusfunktion entworfen und implementiert.
Da diese für die Entwicklung eines kompakten Winkelsensors benötigt
werden, wird für die Realisierung der CORDIC-Algotihmus verwendet, welcher
die Umsetzung und die Funktionsauswertung mit geringem Hardwareaufwand
auf einem FPGA erlaubt. Für die beiden Operationen wird in VHDL jeweils ein
Modul entworfen und simuliert und abschließend auf einem Testboard überprüft.
Durch die Simulation und die Tests wird die korrekte Funktion des Entwurfs sowie
dessen Genauigkeit bei der Berechnung über einen weiten Arbeitsbereich verifiziert.
In dieser Arbeit wird eine temperaturstabile Bandgap-Spannungsreferenzschaltung (dt. Bandabstandsreferenz) mit stabilisiertem Differenzverstärker für einen synchronen Buck-Konverter (dt. Abwärtswandler) entwickelt, welcher eine Eingangsspannung von 3,3 V in eine Ausgangsspannung von 1,2 V umwandelt.
Die Bandgap-Spannungsreferenzschaltung ist eine von vielen benötigten Komponenten des synchronen Buck-Konverters, welche im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurde und in die Schaltung des Buck-Konverters integriert werden soll.
Für die Entwicklung und Simulation der Schaltung der Spannungsreferenz wird das Programm ,,Virtuoso 6.1-64b“ des Softwareherstellers ,,Cadence Design Systems“ verwendet. Cadence Design Systems, Inc. ist einer der weltweit größten Anbieter von Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme. Diese Software bietet Simulationsmodelle für alle im Abwärtswandler verwendeten Bauteile.
Control of a Keithley 2400 Sourcemeters via an RS-232
Interface using SCPI Commands
In dieser Arbeit wird ein Low-Dropout Spannungsregler für einen synchronen Abwärtswandler/Tiefsetzsteller (eng. Step-Down/Buck-Converter) entwickelt.
Im Rahmen des Projektes soll ein integrierter Spannungsregler, der eine Eingangsspannung von 3,3 V in eine Ausgangsspannung von 3,1 V umwandelt, in einer 180nm CMOS Technologie entworfen werden.
Für die Entwicklung und Simulation der Schaltung des Reglers wird das Programm „Virtuoso“ des Softwareherstellers „Cadence Design Systems“ verwendet.
This thesis discusses the development of test environments using Xilinx Zynq System on Chip (SoC) for measuring leakage currents and radiation qualification of Static Random Access Memory (SRAM) based Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) at European Organisation for Nuclear Research (CERN). The effects of radiation on electronic components are explained, followed by an introduction to the FPGAs used.
The GateMate FPGAs leakage current is measured in its application area with respect
to temperature and core voltages. A comparable testing environment is used from the
tester to the tested device, as it will later be used at CERN. The GateMate is being
prepared in this setup for the finalization of radiation qualification at CERN, to be
transferred later. For this purpose, the basic tests are explained and the outstanding
tests are then carried out. The Lattice iCE40 UltraLite FPGA is used in an initial
application test to determine its suitability for further radiation qualification tests at CERN. The analysis and presentation of the test results are followed by a summary and outlook.
Realisierung einer UART zur CAN Kommunikationsbrücke mit Hilfe eines STM32 ARM Microcontrollers
(2023)
Diese Bachelorarbeit beschäftigte sich mit der Realisierung einer UART-zu-CAN-Kommunikationsbrücke mithilfe eines STM32L476RG ARM Mikrocontrollers. Ziel des Projekts war es, die Kommunikation zwischen zwei PCs und zwei Mikrocontrollern über UART und CAN zu ermöglichen. Die Arbeit umfasste die physische Verbindung der Komponenten, die Programmierung der Mikrocontroller mit Hilfe von STMCubeIDE und CubeMX sowie die Erstellung einer Benutzeroberfläche mit Qt Creator. Die CAN-Protokolleinheit im STM32L476RG Mikrocontroller spielte eine zentrale Rolle in diesem Projekt. Sie ermöglichte die CAN-Kommunikation nach erfolgreicher Konfiguration. Durch die Überwachung der Signale über ein Oszilloskop konnte die ordnungsgemäße Datenübertragung festgestellt werden. Die Arbeit präsentiert die Konfiguration der UART- und CAN-Schnittstellen sowie die Implementierung von Kommunikationsprotokollen, um Nachrichten zwischen den PCs und Mikrocontrollern auszutauschen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kommunikationsbrücke erfolgreich realisiert wurde und die Datenübertragung zuverlässig funktioniert.
Diese Arbeit liefert somit einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von Kommunikationslösungen in eingebetteten Systemen und zeigt, wie Mikrocontroller effektiv für die Realisierung von Kommunikationsbrücken eingesetzt werden können. Dieses Projekt eröffnet Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen, bei denen die Vernetzung von Mikrocontrollern und PCs erforderlich ist.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, einen Mikrocontroller mit integriertem A/D-Wandler so zu konfigurieren, dass er als Spannungsmessgerät verwendet werden kann, welches mit SCPI-Befehlen gesteuert werden kann. In diesem Projekt wird das STM32L476 Nucleo Board mit acht unabhängigen ADC Kanälen verwendet.
Zur Kommunikation mit dem Board und zum Testen der Programmierung des Mikrocontrollers wurde eine Qt-Applikation entwickelt. Die Qt-Anwendung sendet einen Befehl an den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller empfängt den Befehl und auf Basis dieses Befehls wird der entsprechende entsprechende Anweisung ausgeführt.
Im Rahmen dieser Abschlussarbeit wird die Kommunikation in LoRaWAN
Funktechnologie getestet. Der Fokus ist hier die Programmierung eines ESP32-
Mikrocontrollers, der LoRaWAN-Kommunikationsfähig ist und Spannungswerte an
einer Batterie überwacht. Dabei ermöglicht es die Programmierung des ESP32, die
Nutzdaten an einen Netzwerkserver zu senden. Der Abruf der Informationen erfolgt
über einen Internetzugriff auf den Netzwerkserver. Zum Test wurde ein Labornetzgerät
und eine Leiterplatte benutzt. Hierbei wurde die Spannung über einen ADC eingelesen
und über LoRaWAN an den Netzwerkserver weitergeleitet.
In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer Filterstruktur in VHDL zur Auswertung eines
Sigma-Delta gewandelten Signals dokumentiert. Dafür werden Funktionsweise, Aufbau und
Verwendung des Modulators und des Filters dargestellt. Zur Überprüfung wird der Filter
sowohl simuliert als auch auf einem Arty Z7 FPGA Board ausgeführt und der Ausgang über
einen DAC mit einem Oszilloskop gemessen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit zwei Konzepten zur Steigerung der Resilienz gegenüber
strahleninduzierten Logikfehlern des MOPS-HUB FPGA Entwurfs im Kontrollsystem
des ATLAS Pixeldetektors am CERN. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
der Detektordaten zu gewährleisten, müssen die elektronischen Systeme robust und
fehlertolerant gegenüber einer strahlenbelasteten Umgebung sein. Zum einen wird
die Möglichkeit der partiellen Rekonfiguration von Xilinx FPGAs als Methode zur
Fehlerbereinigung des FPGA Konfigurationsspeichers näher vorgestellt. Es wurde ein
Testentwurf und ein Programm zur teilweisen Rekonfiguration des FPGA aus der
Anwenderlogik heraus mittels ICAP entwickelt. Als zweites Konzept wurde sich mit
der Anwendung von TMR auf den MOPS-HUB Entwurf beschäftigt. Es wurden Tools
entworfen, welche den manuellen Aufwand der Implementierung von TMR reduzieren
und bei der Validierung unterstützen.
In dieser Arbeit wird der Aufbau einer Verbindung zwischen einem Linux Rechner unter Verwendung der Programmierumgebung QT-Creator und der D2XX Bibliothek erläutert. Anschließend wird das Mini Modul als I2C-Schnittstelle konfiguriert, und für die Kommunikation mit dem Speicherbaustein EEPROM 24LC256 über das I2C Protokoll verwendet. Zur Umsetzung dieser Ziele wurde eine GUI zur Steuerung des Mini Moduls programmiert und eine Testplatine für die Platzierung der benötigten Bauteile erstellt.
Die mit der GUI programmierte Applikationssoftware erlaubte zunächst nur die Aktivierung von einzelnen LEDs, die auf der Platine angebracht und mit dem Mini-Modul verbunden waren. Schließlich wurde die GUI und die Applikationssoftware um die Ansteuerung des Mini Moduls als I2C-Schnittstelle erweitert, so dass eine I2C Datenübertragung gestartet und die empfangenen Daten ausgewertet werden konnten. Als letztes wurde der Datentransfer anhand eines Oszilloskops überwacht und analysiert.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Konfiguration der GNU RISC-V Toolchain für die erste Programmierung des Entwicklungsboards Sipeed Longan Nano in der Eclipse Entwicklungsumgebung.
In diesem Zusammenhang wurde der Aufbau eines Mikrocontrollers, der Ablauf der Erstellung von Software und die Konfiguration der GNU RISC-V Toolchain für die Programmierung der RGB LED des Entwicklungsboards beschrieben. Dazu gehört das Linker-Script, die Vektortabelle und der Startcode.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Analyse auf Register Transfer Level (RTL) Ebene des
vom Fraunhofer IMS in Verilog entwickelten RV32IM RISC-V Prozessors durchgeführt und der
Configurable Accelerator Engine for Convolution Operations (Caeco) als Hardware-Beschleuniger
für Maschinelles Lernen (ML) integriert. Das Design wurde speziell auf das Lesen von Caecodaten
und auf das Interrupt-Verhalten getestet und verifiziert. Das Schreiben von Caecodaten wurde
zwar auf RTL Ebene simuliert, allerdings nicht auf dem Field Programmable Gate Arrays (FPGA)
verifiziert. Durch einen erarbeiteten Hardware- und Software-Entwicklungsfluss werden beide
Stränge optimiert und parallelisiert. Die Hardware-Entwicklung wurde in eine Gitlab Development
and Operations (DevOps) Umgebung integriert, wodurch das Design im Project Batch Flow Modus
der Vivado 2020.1 IDE automatisiert simuliert, synthetisiert und auf der Entwicklungsplatine
Nexys4 DDR implementiert wird. Die Verifizierungsgrundlage bildet der entwickelte Programm-
Code, der für die RTL Simulation, für die Simulation im Instruktionssimulator riscvOVPsim
der Firma Imperas und dem Debugging des Designs auf dem FPGA genutzt wird. Letzteres
wurde in der Eclipse IDE durchgeführt, wobei der JTAG Olimex ARM-USB-Tiny-H Adapter als
Debug-Schnittstelle eingesetzt worden ist. Die Schnittstelle der beiden Entwicklungsstränge bilden
zwei eigens geschriebene Rust Programme und das Xilinx Programm data2mem, durch die die
kompilierten ELF Dateien in xilinx-kompatible MEM bzw. COE Dateien umgewandelt werden.
In dieser Arbeit wird die Strahlenhärtung eines KI Hardware Beschleunigers beschreiben, in dem das Design mit dem Triple Modular Redundancy Generator Toolset (TMRG) vollständig tripliziert wird. Anschließend wird das triplizierte Design mit einer statischen und einer dynamischen Verifikation auf die korrekte Art der Triplizierung und seiner Funktionsweise untersucht. Zuletzt werden Simulationen mit drei verschiedenen Injektionstypen durchgeführt, in dem die tatsächliche Funktion der Voter durch Injektion von Single Event Upsets geprüft wird.
Physical Unclonable Functions (PUFs) sind Schaltkreisprimitive, die abhängig von den unkontrollierbaren Schwankungen im Herstellungsprozess chip-spezifische und einzigartige Ausgaben erzeugen. Diese kostengünstigen und hocheffizienten Strukturen haben eine breite Palette von Anwendungsbereichen einschließlich Authentifizierung, Schlüsselgenerierung und IP-Schutz. In dieser Arbeit geht es um die FPGA-Implementierung einer Ringoszillator basierten Physically Unclonable Function, die mit dem Yosys-Framework auf einem Gatemate FPGA der Firma Cologne Chip implementiert werden soll.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der FPGA Implementierung einer SRAM basierten Physically Unclonable Function, welche unter Verwendung der Synthesesoftware Yosys umgesetzt werden soll. Nach einer notwendigen Einführung in das GateMate FPGA 1A1 wird ein umfassender Überblick auf ein Block RAM (BRAM) gegeben. Basierend auf der VHDL Sprache wird ein Modul erstellt, das aus verschiedenen Untermodulen besteht, um die Daten des BRAMs über eine serielle Schnittstelle zu transferieren. Als Ergebnis werden die Daten ausgelesen und ausgewertet.
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung von serieller Schnittstelle zur
Konfiguration und Überprüfung von integrierten Schaltungen. Das Projekt behandelt zum
einen die Umsetzung eines I2C-Master-Interfaces in Verilog und die Optimiereung und
Erweiterung der Schaltung. Der Hauptfokus liegt jedoch auf der Implementierung des JTAG
(Joint Test Action Group) Protokolls in Verilog.
Der Bericht gliedert sich in zwei Teile. Der erste Teil befasst sich mit den grundlegenden
Funktionen des I2C-Master gemäß der NXP-UM10204 Spezifikation. Hier wird dargestellt, wie
die Grundschaltung implementiert wurde und wie die implementierten Module genutzt
werden können. Der Hauptbestandteil beschäftigt sich mit den grundlegenden Konzepten des
JTAG-Standards und seiner praktischen Anwendung. Es wird demonstriert, wie das JTAGProtokoll
in Verilog umgesetzt wurde und wie es zur Überprüfung und Konfiguration des
Zustands eines integrierten Schaltkreises genutzt werden kann. Der Bericht schließt mit der
Simulation von Testfällen und einer Zusammenfassung der Ergebnisse.
Diese Bachelorarbeit beschreibt den Entwurf von Leiterplatten mit Altium
Designer für die Auslesung eines Poldi- Sensors. Die Leiterplatte aus der
Betrieblichen Praxis, auf der die Spannungsversorgung des Sensorsystems
implementiert wurde, wurde überarbeitet und es wurden zwei Auslesekanäle
der Poldi Platine implementiert und getestet. Für die Ausgänge der
Spannungsversorgung auf der ersten Platine werden Terminalblöcke
verwendet. Die neu entworfenen Leiterplatten mit den Auslesekanälen des
Poldi- Sensors können damit verbunden werden, um versorgt zu werden.