Procesamiento digital de señales en FPGA para análisis de alta velocidad en entornos industriales

Abstract

Este trabajo propone un sistema de procesamiento de información en alta velocidad cuyo diseño está distribuido entre partes de software, hardware y firmware, buscando mostrar la utilidad de incluir sistemas basados en FPGA (Field Programmable Gate Array) en aplicaciones industriales donde se requiera un procesamiento rápido, por ejemplo para el procesamiento digital de señales (Digital Signal Processing, DSP). Así se muestra que el procesamiento realizado en la FPGA puede ser complementado con un tratamiento en una PC, en la que se puede aprovechar la potencia y funcionalidades especiales de herramientas de software estándar tales como Matlab®. El vínculo entre las plataformas en este caso se basa en una comunicación Ethernet que se implementa en la FPGA mediante una descripción VHDL de uso libre que se ha desarrollado para este trabajo. Para la conexión física se ha construido una interfaz de adaptación entre puertos de E/S de la FPGA y un puerto Ethernet. Finalmente, en la PC se administra la comunicación mediante una conexión Ethernet/IP/UDP convencional, lo que da versatilidad al diseño dado que permite independizarse del lenguaje de programación y ser aprovechado en otras aplicaciones específicas. Se presenta un caso de estudio para el cual se utiliza un algoritmo basado en el cálculo de la transformada de Fourier (Fast Fourier Transformation, FFT) para la determinación de la velocidad de giro de un motor eléctrico a partir de señales vibratorias captadas.