Untersuchung der Ablösung von FPGAs zur Steuerung von D2T2-Druckwerken

  • Die vorliegende Diplomarbeit basiert auf einem derzeit verwendeten Thermodruckwerk der Mühlbauer AG, welches zur Ansteuerung der Sensoren und Aktoren insbesondere des Thermodruckkopfes einen FPGA verwendet. Zur Steigerung der Druckqualität sowie des Kartendurchsatzes wird das Ansteuerverfahren ständig weiterentwickelt. Um derartige Änderungen umzusetzen, ist eine Anpassung des FPGA-Designs erforderlich. Besonders durch die sehr eingeschränkten Debug-Möglichkeiten sowie die Komplexität des Designs erwiesen sich diese Anpassungen des FPGA-Designs als sehr zeitaufwendig. Um zukünftige Änderungen z.B. des Ansteuerverfahrens schneller realisieren zu können und somit Kosten einzusparen, wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit untersucht, ob der derzeit verwendete FPGA durch einen Digitalen Signalprozessor (DSP) ersetzt werden kann. Die Untersuchung wurde in folgende Schritte gegliedert: - Einarbeitung in die technischen Prinzipien des Druckverfahrens - Ermittlung der Anforderungen an die zu wählende Hardware - Auswahl eines geeigneten Prozessors - Entwicklung von Softwarekomponenten zur Durchführung eines Funktionsnachweises - Nachweis der Einhaltung der ermittelten Anforderungen Im Rahmen der Untersuchung wurden mehrere Lösungsvarianten zur Steuerung der Druckwerksplatine ermittelt und miteinander verglichen. Die Verwendung eines heterogenen Dual-Core Prozessors mit ARM- und DSP-Kern erwies sich als günstigste Variante, da sowohl die Prozessorkosten als auch der Hardwareaufwand insgesamt am geringsten ausfallen. Somit kann zusätzlich zum FPGA auch der derzeit verwendete ARM-Prozessor ersetzt werden. Der DSP-Kern übernimmt die Ansteuerung der Sensoren und Aktoren, wobei der ARM-Kern die Kommunikation mit dem Host-PC sowie die Daten-bereitstellung für den DSP realisiert. Die Untersuchung ergab, dass der OMAP-L137 des Herstellers Texas Instruments den ermittelten Anforderungen entspricht. Die Eignung des DSP-Kerns zur Steuerung des Druckablaufes unter Einhaltung der ermittelten Anforderungen wurde nachgewiesen. Dafür wurde unter Verwendung eines Testaufbaus aus Entwicklungsboard und modifizierter Druckwerksplatine ein Funktionsnachweis erbracht, wobei Testdrucke sowohl mit 300dpi als auch mit 600dpi realisiert wurden. Bei der vorliegenden Untersuchung wurden nicht nur die Aufgaben des FPGAs, sondern teilweise auch Aufgaben des bisherigen ARM-Prozessors (z.B. die Realisierung der Schrittmotor-Rampen) durch den DSP übernommen. Aufgrund der gemessenen Auslastung sowie der vorhandenen Optimierungsreserven erscheint es sinnvoll weitere Aufgaben der Druckvorverarbeitung auf den DSP zu verlagern. Dazu zählen die Berechnung der History-Informationen, das Schärfen der Bilder, eine Kompensation des Spannungsabfalls bei Ansteuerung unterschiedlich vieler Heizelemente sowie die Skalierung des Bildes. Im Anschluss an diese Diplomarbeit ist die Eignung des ARM9-Kerns zur Kommunikation mit dem Host-PC sowie zur Datenbereitstellung für den DSP zu untersuchen und ein entsprechender Funktionsnachweis zu erbringen.

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Metadaten
Author:Marcel Spitzner
Advisor:Frank Bormann, Matthias Päßler
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:Mühlbauer AG
Albert-Schweitzer-Str. 4, 09366 Stollberg
Date of Publication (online):2011/07/04
Year of first Publication:2011
Date of final exam:2011/05/11
Tag:Ansteuerung; D2T2; Druckwerk; Kartendrucker
Page Number:61 Seiten, 22 Abb., 8 Tab., 4 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Elektrotechnik
Release Date:2011/07/04