Echtzeitrechnen

Bescheibung von ROCs

ROCS - Design und Charakteristik

Um neue Algorithmen in Flugversuchen zu erproben, wird ein Bordrechner-System benötigt. Da die meisten kommerziellen bzw. aus dem Hobbybereich stammenden Systeme Nachteile aufweisen in Bezug auf Leistungsaufnahme, Zugänglichkeit und Leistungsfähigkeit, wurde am iFR das Research On-Board Computing System (ROCS) entwickelt.

ROCS with OCMv2 (c)
ROCS with OCMv2

Es besteht derzeit aus einem ARM A8 Mikroprozessor und einem Xilinx Spartan 6 Field Programmable Gate Array (FPGA). Letzterer kann als Coprozessor für rechenintensive Anwendungen verwendet werden, insbesondere wenn Parallelisierung möglich ist. Das ganze System besteht aus mehreren Modulen um Modifikationen und Upgrades zu vereinfachen. Eines dieser Module ist ein Hardware-in-the-Loop Prüfstand, welcher es erlaubt, die finale Implementierung eines Algorithmus auf der tatsächlichen Hardware in einer Matlab/Simulink-basierten Simulation auszuführen.

ROCS with OCMv1 (c)
ROCS with OCMv1

ROCS - Entwicklungsgeschichte

OCMv1

Das erste On-Board Computer Modul, welches am Institut für Flugmechanik und Flugregelung entwickelt wurde.

Die erste Generation des Bordrechners nutzte einen Spartan 3 FPGA mit einem darauf umgesetzten MicroBlaze. Ein weiterer Mikrocontroller kümmerte sich um Datenlogging und Telemetrie. Diese Version wird nicht mehr genutzt, diente aber als Basis für die Entwicklung der zweiten Version.

OCMv2

Die zweite Version des Research On-Board Computer Moduls.

Diese Version wird derzeit nicht nur von Wissenschaftlern des iFR verwendet, sondern auch von einigen deutschen Forschungseinrichtungen.
In dieser Version wurde der MicroBlaze „Soft“-Kern durch einen separaten Gumstix Overo ersetzt, welcher auf einem ARM Cortex A8 basiert und mit 720 MHz betrieben wird. Darauf läuft ein Embedded Linux, wodurch Entwicklung und Benutzung stark vereinfacht wird. Außerdem wurde der FPGA durch einen größeren Spartan 6 ersetzt, um über mehr Ressourcen für komplexe Algorithmen zu verfügen.

OCMv3

Die nächste Version ist derzeit in Entwicklung und wird auf einem Xilinx Zynq basieren, welcher einen Doppelkern ARM Prozessor und einen FPGA im selben Gehäuse beinhaltet. Dies vereinfacht und beschleunigt die Kommunikation zwischen beiden Einheiten deutlich.

iFR Groundstation (c)
iFR Groundstation

iFR Bodenstation

Für unsere Missionen nutzen wir eine selbst entwickelte Bodenstation, welche auf einem Personal Computer läuft. Die Bodenstation wird genutzt, sowohl um Missionsdaten anzuzeigen als auch um Parameter während der Operation des Luftfahrzeugs zu modifizieren.

Die iFR Bodenstation ist für spezifische Forschungsanwendungen besonders zugeschnitten. Die Software wird kontinuierlich erweitert, um Anforderungen bevorstehender Forschungsprojekte zu erfüllen. Beispielsweise ist die letzte Version der iFR Bodenstation in der Lage, die Betriebsmodi des Flugreglers als Zustandsautomat anzuzeigen. Dies gibt dem Anwender Information über den gegenwärtigen Zustand sowie die möglichen Transitionen.

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