Forschung

Kurzinfo: Origami is a project at the University of Kassel, in which a Matlab Simulink to VHDL tool chain is developed to ease the process of creating, testing and evaluating High-Level-Synthesis algorithms. Beyond that a first transformation called folding is implemented. Folding is a systematic way to share and thus save FPGA hardware resources by time-multiplexing. This is possible, when the input sample rate is lower than the system clock frequency. This area-time tradeoff is further investigated and tools are created to optimize its solutions.

More information can be found here

Kurzinfo: In der digitalen Signalverarbeitung wird eine extrem hohe Rechenleistung benötigt, die nur Hardware liefern kann. Wir forschen an der Optimierung und FPGA-basierten Implementierung dieser Rechenschaltungen, z.B. an Addierergraphen für digitale FIR-Filter. Dazu entwickeln wir Optimierungsalgorithmen und entwerfen und analysieren Hardwarestrukturen und betreten dabei Neuland.

Studentische Arbeiten: Interessant für E-Techniker und Informatiker! Du beteiligst dich an der Entwicklung von FPGA-Schaltungen und/oder Optimierungsalgorithmen (Bachelor-/Masterarbeiten) für Hardwarestrukturen, wie sie auch in der Industrie dringend gebraucht werden. Melde dich einfach bei Interesse!

Die Software und weitere Infos zum Projekt findest du auf der PAGsuite-Webseite

FAIR ist eine neue, internationale Beschleuniger-Anlage zur Forschung mit Antiprotonen und Ionen, die in den nächsten Jahren von der GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) in der Nähe von Darmstadt gebaut werden soll (hier geht's zur FAIR-Webseite der GSI). Im Rahmen des FAIR Projektes sind Barrier Bucket Systeme für eine flexible Teilchenstrahlmanipulationen geplant, wofür eine Regelelektronik, ein Barrier-Bucket Low-Lever-Radio-Frequency System (BB-LLRF), benötigt wird. 

Unser Projekt in Zusammenarbeit mit der GSI ist auf die Realisierung dieses BB-LLRF Systems fokussiert. Unsere Entwicklungen sollen sich für die Implementierung auf einer FPGA-Plattform eignen. Darüber hinaus soll die mit dem BB-LLRF System im Zusammenhang stehende Echtzeitdatenversorgung und die Anbindung an das Kontrollsystem bearbeitet werden. FPGA-basierte Subsysteme werden bereits in großem Umfang im Bereich der HF-Systeme beim SIS100 und für das FAIR-Projekt verwendet, sodass hierfür auf frühere Erfahrungen zurückgegriffen werden kann. Neu im Kontext dieses Projekts ist die Zeitauflösung unterhalb von 1 ns. Diese muss innerhalb des FPGAs erreicht werden, was spezielle Untersuchungen und Entwürfe notwendig macht. In diesem Zusammenhang müssen voraussichtlich auch Möglichkeiten für einen kontinuierlichen Signalphasenabgleich auf Basis einer externen Referenz untersucht werden. Hauptziele der geplanten Arbeiten sind 

• die Auswahl eines geeigneten Signalsyntheseverfahrens für die Barrier Pulse, 
• die Implementierung des Syntheseverfahrens auf einem FPGA-System der GSI, 
• die Untersuchung und Realisierung eines Kalibrierungs- und Abgleichverfahrens für das Präzisionstiming der Signalsynthese, 
• der Aufbau einer Schnittstelle zum Kontrollsystem und die optische Triggerverteilung für den Ring-zu-Ring-Transfer. 

Das Projekt umfasst somit alle Komponenten und Implementierungen, die für eine prototypische Realisierung und Systemintegration des BB-LLRF Systems notwendig sind. Entsprechend soll bereits während der Projektlaufzeit in Zusammenarbeit mit der GSI ein dort installierter Prototyp aufgebaut werden, an dem die Funktionsfähigkeit der einzelnen Resultate im experimentellen Betrieb erprobet werden kann und der zum Abschluss eine vollständige Demonstration der Projektergebnisse ermöglicht.

Für unsere Studenten: Im Rahmen dieses Projekts können Sie an FPGA-basierten Schaltungsentwürfen mitarbeiten oder Untersuchungen an gegebenen Schaltungen durchführen. 

Kurzinfo: Mit genügend Rechenleistung kann man Kamerachips wesentlich besser nutzen, als das bisher getan wird. Wir arbeiten mit FPGAs direkt nach den Kamerachips und nutzen so die Rechenleistung der FPGA-Hardware zur Verbesserung von Videos, u.a. für die Robotik, aber auch zum 'normalen' Filmen und in 3D.

Studentische Arbeiten: Interessant für E-Techniker und Informatiker! Du entwickelst Echtzeit-FPGA-Schaltungen (Bachelor-/Masterarbeiten, Projektseminar) zur Bildaufbereitung, z.B. für High-Dynamic-Range (HDR) Imaging oder 3D-Entfernungsmessung oder ..., oder optimierst die zugehörigen Algorithmen. Melde dich einfach bei Interesse!

Kurzinfo: Unbemannte autonome Fluggeräte können für viele Aufgaben eingesetzt werden. Wir entwickeln eine Hardwareplattform, die in der Lage ist, ein weitgehend autonomes Fliegen zu unterstützen. Dazu arbeiten wir mit selbstgebauten Quadrocoptermodellen. Der Schwerpunkt der Forschung liegt auf den System-on-Chip Architekturen, die als Bordcomputer mitfliegen.

Studentische Arbeiten: Interessant für E-Techniker und Informatiker! Du entwickelst FPGA-Schaltungen oder Software (Bachelor-/Masterarbeiten) zur Flugregelung und für on-Board Funktionen wie Kamerabildauswertung, Missionsplanung und -durchführung. Ausserdem wird natürlich auch geflogen! Melde dich einfach bei Interesse!

Kurzinfo: Wir untersuchen, wie man Studenten und Lehrende in der täglichen Routine des Vorlesungs-, Übungs- und Lernbetriebs unterstützen und konkrete Hilfe zum Lernen geben kann. Dazu entwickeln wir ein Client-Server-System mit Apps als Clients. Die Implementierung erfolgt unter iOS oder Android.

Studentische Arbeiten: Du kannst gerne mitprogrammieren! Du entwickelst iOS (iPad, iPhone: Objective-C) Apps und die Anbindung an eine Serversoftware (auch Arbeiten mit Linux/Unix, Java, Webserver verfügbar). Spaß am Programmieren und Interesse an Tablet-Computern ist Voraussetzung. Bei Interesse unterstützen wir auch Arbeiten mit Android. Melde dich einfach bei uns zur Klärung von Details!

Mehr Infos zum Projekt: hier

Kurzinfo: Für ressourcen-kritische Anwendungen werden hochspezialisierte Systeme benötigt, um die geforderte Performance bei gleichzeitiger Energieeffizienz erreichen zu können: System-on-Chips (SoC). Rekonfigurierbare Schaltungen (die bekanntesten Vertreter hiervon sind FPGAs) erlauben dabei einen dynamischen Wechsel der implementierten Funktionalität im laufenden Betrieb. Dadurch kann eine temporale Strukturanpassung der Hardware an die Erfordernisse erfolgen, was sowohl Performance als auch Energieeffizienz erhöhen kann. Solche Systeme nennt man dann System-on-Programmable-Chip (SoPC).

Studentische Arbeiten: In diesem Forschungsgebiet sind Abschlussarbeiten für Studentinnen und Studenten zu vergeben (Bachelor, Master, D1/D2), im Bereich der Planung, Analyse und Implementierung von SoPCs bzw. deren Komponenten. Vorkenntnisse in den Bereichen digitaler Schaltungsentwurf, Hardwarebeschreibungssprachen (VHDL oder Verilog) oder Mikroprozessorsysteme sind vorteilhaft.

Die im Rahmen des Projekts zu erstellende E-Learning Software (hauptsächlich für iPad und iPhone) hat die Zielsetzung, Studenten und Lehrende in der täglichen Routine des Vorlesungs-, Übungs- und Lernbetriebs zu unterstützen. Darüber hinaus soll die studentenseitige Software jedoch so eingesetzt werden, dass eine spezifische Unterstützung und Förderung (Beratung) des einzelnen Studenten, auch im Zusammenhang mit sich selbst findenden kleinen Lerngruppen, erreicht wird.

Die Möglichkeiten moderner Tablet-Computer und Smartphones sollen genutzt werden, um eine computerbasierte Lehr- und Lernunterstützung zur Verfügung zu stellen. Dabei wird hauptsächlich eine direkte Begleitung von vorlesungsbasiertem Unterricht, zugehörigen Übungen und Zusatzmaterialien angestrebt, indem Interaktion innerhalb von Vorlesungen und eine sofortige Rückkopplung der Daten bereitgestellt wird. Zusammen mit einer nachgeschalteten Analyse können so Defizite der Studierenden erkannt und Problemstellen innerhalb von Einzelveranstaltungen identifiziert werden. Darauf aufbauend können dann einerseits langfristige Verbesserungen des Unterrichtsmaterials vorgenommen werden, andererseits aber auch kurzfristige Abhilfen wie Zusatztutorien oder schlicht Stoffwiederholungen angeboten werden. Die notwendigen Daten stehen direkt nach jeder Veranstaltung und teilweise bereits während der Veranstaltung zur Verfügung.

Auf Seiten der Studierenden wird ergänzend eine stark individualisierte Lernberatung und Fortschrittsanalyse auf Basis aller verfügbaren Daten angeboten. Durch eine Interaktion der den einzelnen Studierenden fest zugeordneten Endgerate untereinander können dann auch Kontakte für und zwischen Lerngruppen vorgeschlagen und begleitet werden.

Das Ziel des beantragten Projekts ist es also, eine entsprechende Softwareumgebung für die Dozenten und Studenten zur Verfügung zu stellen und diese optimal auf das Anwendungsgebiet "Vorlesung" abzustimmen. Ein Hauptgesichtspunkt ist dabei, dass die bisher bewährte Art der Durchführung solcher Veranstaltungen nicht radikal verändert werden muss, sondern sich die zusatzlichen Möglichkeiten ergänzend und in keinen Schritten je nach Bedarf eingliedern lassen. Weitere Veranstaltungstypen wie Seminare können bereits während der Projektlaufzeit darauf hin untersucht werden, welche Softwareerweiterungen zu ihrer Unterstützung notwendig wären. Das Projekt soll in Zusammenarbeit mit dem SCL didaktisch begleitet und das verfolgte Konzept aufgrund dieser Beratung und auf Basis von Zwischenergebnissen ständig verbessert werden. 

Für unsere Studenten: Im Rahmen der Programmierarbeiten auf iPhone und iPad können Sie gerne mitmachen! Wir bieten jederzeit Abschlussarbeiten (Bachelor, Master DI, DII) hierzu an. Sie sollten gerne programmieren und sich für Tablet-Computer interessieren. Da ein Teil der Software auch serverbasiert ist (Linux/Unix), gibt es auch hierzu einige Arbeiten!!!