Entwicklung und Validierung der Datenkommunikation zwischen FPGA und Processing System mit Linux-Betriebssystem auf einem System on Chip für die Regelung einer Magnetstromversorgung

Abstract

Für die Implementierung einer Magnetstromregelung wurde die Entwicklungsplattform Mercury XU5 von Enclustra in Betrieb genommen. Auf dem System on Chip wurde zwischen dem FPGA und dem Processing-System mit Linux-Betriebssystem eine Datenkommunikation mit dem AXI-Interface aufgebaut. Die wichtigste Anforderung war die Evaluation der zeitlichen Performance dieser Übertragung, da diese der Echtzeitanforderung der Regelung unterliegt. Die Datenkommunikation wurde mit dem AXI-GPIO-IP-Core von Xilinx aufgebaut. Es wurde eine Software geschrieben, die den AXI-GPIO-Core aus dem Linux-Betriebssystem heraus auslesen und beschreiben kann. Die Performance der Datenübertragung wurde mit dem Integrated-Logic-Analyzer von Xilinx gemessen. Dabei stellte sich heraus, dass diese auf dem AXI4-Lite-Interface basierende Kommunikation für die Anwendung innerhalb der Magnetstromregelung zu langsam ist. Es wurde außerdem ein weiterer Ansatz implementiert, der unter der Nutzung des vollen AXI4-Interfaces die Daten in Bursts überträgt. Dabei konnte eine deutliche Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit festgestellt werden. Allgemein stellt die Arbeit eine funktionierende Datenkommunikation und einen Ansatz für die Verbesserung deren Übertragungsgeschwindigkeit mit Burst-Transaktionen bereit.

For the implementation of a magnet-current-control, the developement platform Mercury XU5 by Enclustra was set up. A data communication was established on the System on Chip between the FPGA and the Processing-System running a Linux operating system. The main requirement was the evaluation of the timing performance of the data transmission, as it has to meet the real-time requirement of the control loop. The data communication was built by using the AXI GPIO IP core from Xilinx. A Software was written, that reads from and writes to the AXI GPIO core within the Linux operating system. The performance of the data communication was measured by using the Integrated Logic Analyzer from Xilinx. The result was, that the performance of the communication, based on the AXI4-Lite interface is too slow for an application in the magnet-current-control. A second approach was implemented, that uses the full AXI4-Interface and transmits data in bursts. The approach led to a significant improvement of transfer speed. In general the thesis provides a working data communication and an approach for the improvement of its transfer speed by using burst transactions.