Kompetenzen

• Entwicklung und Programmierung im Bereich der verteilten und parallelen Systeme für die Datenakquisition, Messtechnik, und Implementierung numerischer Methoden, basierend auf Ethernet-Netzwerktechnologie.

  Dabei wird ein hybrider Ansatz aus dezidierten eingebetteten Rechnersystemen und Desktop- sowie Workstation-Rechner verwendet.

  Eigenschaften:

  • Einfache Verbindung von Messinstrumenten und Sensoren mit eingebetteten Rechnern in einem lokalen Netzwerk.

  • Herkömmliche PCs und Workstations mit UNIX-ähnlichen Betriebssystemen bieten eine vernetzte Arbeits- und Entwicklungsplattform.

• Entwicklung von Software für netzwerk-gekoppelte parallele und verteilte Rechnercluster.

• Entwicklung von allgemeiner wissenschaftlicher Software zur Datenauswertung und Analyse [z.B. PsiLAB, siehe Abschnitt 3.10.1].

• Unterstützte Rechnerplattformen: PC (x86), Sun Workstation (Sparc & x86)

• Unterstützte Betriebssysteme: Sun Solaris Version 8-10, Linux, FreeBSD

Modellierung und Synthese auf Hardware-Behaviour-Level

Unter Verwendung moderner Modllierungssparchen wie VHDL und Verilog können komplexe digitale Schlatkreise entwickelt werden. Dabei wird auf der Verhaltensebene des Schalrkeises die Register-Transfer-Logik Architektur beschrieben und implementiert, die das imperative (schrittweise) Verhalten eines Datenverarbeitungssystems mit einem Kontroll- und Datenpfad (oder mehreren konkurrierenden) beschreibt.

Sowohl FPGA und Standardzellen-Technologien finden Verwendung. Backend-Flows für und FPGA Bausteine der Firmen Xilinx und Actel werden unterstützt und verwendet. Eine Vielzahl verschiedener Synthese-Werkzeuge sind verfügbar.

Modellierung und Synthese auf der algorithmischen Programmiereben

Unter Verwendung von imperativen Programmiersprachen wie z.B. C oder der parallen Programmiersprache ConPro können Schaltkreise auf einer technisch und architekturellen abstrakten algorithmischen Ebene modelliert und entwickelt werden. Dazu wird eine High-Level-Synthse Werkzeug verwendet, welches die algorithmische Programmebene auf eine RTL-Architektur modelliert auf Verhaltensebene transformiert (kompiliert).

Wir benutzen unser eigenes entwickelte High-Level-Syntehse Werkzeug ConPro [siehe auch Abschnitt 3.2 ] um diesen Entwurfsfluß zu implementieren.

Die ConPro Programmiersprache ist eine verbesserte und erweiterte imperative Programmiersprache mit einem Multiprozeß-Modell und kommunizierenden sequenziellen Prozessen mit Interprozeß-Kommuniaktion, bekannt aus der Softwaretechnik als Multithreading.

Mit diesem Werkzeug und dieser Modellierungs- und Implementierungsebene ist ees möglich auch sehr komplexe System-On-Chip-Entwürfe und Schaltkreise zu entwickeln [siehe z.B. Abschnitt 3.3].

• Entwicklung von laseroptischen Meßmethoden für die Charakterisierung von Oberflächen und Fertigung von Meßinstrumenten, z.B. zur Messung der Verformung von Oberflächen

• Entwicklung von laseroptischer Meßtechnik und Fertigung von Instrumenten für die Bestimmung von Objektentfernungen basierend auf Time-Of-Flight (TOF) Methoden.

• Lichtwellenenleiter-Technik und Geräte (LWL)

• Laserentwicklung

• Detektorentwicklung

• CNC basierte Fertigung von mechanischen Komponenten für optische und opto-elektronische Geräte.

• 2D- and 3D-CAD basierte Konstruktion von mechanischen Komponenten

• Entwicklung und Fertigung von miniaturisierten Systemkomponenten wie z.B. LWL-Koppler.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für einen im Labor gefertigten Prototypen eines Laserdioden-Moduls.

• Platinenlayout (mehrlagig, SMD, bis 1 mil Technologie)

• Bestückung von hoch miniaturisierten SMD-Baugruppen

• CNC basierte Fertigung von zwei-lagigen Platinen für die Prototypen-Entwicklung bis zu eine Leiterbahnbreite von 200 μm.

Die folgende Abbildung zeigt Ergebnisse der Eigenfertigung von gefrästen Platinen und eine teilweise Bestückung mit SMD-Bauteilen. Gezeigt ist ein HV-Modul, welches für die Versorgung von gepulsten Laserdioden und Avalanche-Photodetektoren verwendet wird.

• Entwicklung und Fertigung von elektronischen Meß- und Laborsystemen die in folgenden Anwendungsgebieten Verwendung finden:

  • Optische Meßinstrumente

  • Sensor Datenverarbeitung: Akquisition von physikalischen Größen: Lichtintensität, Temperatur, Druck, Strom, Spannung ...

  • Elektronische Hochspannungs-Schalter und Generatoren für optische Pockels-Zellen, Avalanche Photodioden imd gepulsten Laserdioden.

  • Steuerungen für Laserdioden (Puls and CW-Betrieb)

• Digitallogik und Schaltungstechnik:

  • Mikrokontroller Schaltungen und Komponenten (z.B. Atmel AVR Mikrokontroller)

  • Programmierbare Digitallogik: Verwendung von CPLD (Complex programmable logic devices) und FPGA (Field programmable gate arrays) Technologien, die in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt werden, und analoge Systeme und Mikrokontroller effizienter und performanter ersetzen können.

    Die folgende Abbildung zeigt das FPGA-Entwicklungsboard SPACON1, welches für die Steuerung von Laserdioden eingesetzt wird. Das Board besteht aus einem Xilinx Spartan-II FPGA und zusätzlicher Elektronik.

    

Imperative Programmiersprachen

Traditionellle imperative Sprachen wie C, Fortan, und Pascal, aber auch Maschinensprachen ( x86, UltraSparc)

Functional Programmiersprachen

Moderne funktionale Programmiersprachen der ML-Familie für abstrakte und sichere highlevel Programmierung: Haskel,SML,OCaML.

Die OCaML Sprache vereint verschiedene Progarmmierparadigmen: ein funktionaler Kerne, streng typisiert, imperative Anweisungen wie Variablen und Schleifen, und schließlich objekt-orientiertes Programmieren mit Methoden.

Virtuelle Maschinen

Use of virtual machine concepts as a portable and operating system independent program execution environment (for example OCaML bytecode or Forth-interpreter).

Der Einsatz von virtuellen Maschinen ermöglicht architektur- und betriebssystemunmabhängige Programmierung von Datenverarbeitungs- und Steuerungssystemen. Beispiele ist die VM von OCaML, aber auch die Stack-Sprache Forth, deren VM sowohl in Software als auch in Hardware implementiert werden kann.

Methodik und Software-Entwicklung für die Numerische Simulationvon Lichtstreuung an Oberflächen beliebiger Geometrie und Mikrotopologie.

Messung von elektromagnetischen Feldern, Lösung von EMV-Problemen.

Wissenschaftlcihe Beratung betreffend wissenschaftlicher Meßinstrumente, Laborausstattung und Gestaltung, CNC-Fertigung, Lehre u.v.m.