Embedded- und FPGA-Systeme, gebaut um die Anwendung.
Harmonie Design Labs entwickelt Embedded-Software, FPGA-basierte Architekturen und Lösungen auf Systemebene für Industrie-, Mess-, Sensorik- und Halbleiterentwicklungsprogramme.
Wir begleiten Projekte von der frühen Systemdefinition und dem Proof of Concept über Firmware-Entwicklung, FPGA-Implementierung und Hardwareintegration bis zu Test und Anwendungsvalidierung.
- Embedded-Systemarchitektur
- Entwicklung mit Mikrocontrollern und Prozessoren
- Entwicklung von Gerätetreibern
- FPGA-Architektur und -Implementierung
- Firmware-Entwicklung und -Integration
- FPGA-basierter Proof of Concept
- ASIC-Prototyping auf FPGA
- Hardware- und Firmware-Integration
- Entwicklung von Kommunikationsschnittstellen
- Integration von Sensor- und Messsystemen
- Board-Bring-up und technisches Debugging
- Testautomatisierung und Anwendungsvalidierung
Von der Systemanforderung zu integrierter Hardware und Firmware
Embedded-Systeme leben vom Zusammenspiel mehrerer technischer Ebenen.
Prozessor, FPGA, kundenspezifisches IC, Peripherie, Kommunikationsschnittstellen, Firmware, Zeitverhalten und physische Hardware müssen als ein abgestimmtes System arbeiten.
Harmonie Design Labs betrachtet Embedded- und FPGA-Entwicklung aus der Perspektive der Gesamtanwendung. Wir legen die Verantwortlichkeiten zwischen Hardware, Firmware und programmierbarer Logik fest, bevor die Implementierung beginnt — das senkt das Integrationsrisiko im späteren Projektverlauf.
Systemarchitektur definieren
Wir prüfen die geforderten Funktionen, den Verarbeitungsbedarf, Schnittstellen, Timing-Randbedingungen, Sensoreingänge, Steuerausgänge, Betriebsumgebung, Leistungsziele und Validierungsanforderungen.
Entwickeln und integrieren
Wir setzen die erforderliche Firmware, FPGA-Logik, Schnittstellen, Steuerfunktionen und Integrationsschichten um. Die Entwicklung läuft parallel zur Zielhardware oder zu einer repräsentativen Prototypplattform. Einzelne Funktionen werden getestet, bevor sie in das Gesamtsystem integriert werden. Ist ein kundenspezifisches ASIC beteiligt, lässt sich die umgebende Firmware- und FPGA-Umgebung vorbereiten, bevor erstes Silizium verfügbar ist.
System in Betrieb nehmen und validieren
Das integrierte System wird unter repräsentativen Betriebsbedingungen betrieben. Wir bewerten Kommunikation, Timing, Datenverarbeitung, Steuerverhalten, Fehlerbehebung, Hardwareinteraktion und die Leistung auf Anwendungsebene. Unerwartetem Verhalten gehen wir über Hardware, Firmware, FPGA-Logik und Schnittstellengrenzen hinweg nach, statt jede Ebene isoliert zu betrachten.
Embedded-Softwareentwicklung
Embedded-Software verbindet die elektronische Hardware mit der vorgesehenen Anwendung.
Die Firmware muss Gerätekonfiguration, Kommunikation, Timing, Steuerfunktionen, Datenverarbeitung, Diagnose und Fehlerverhalten innerhalb der Grenzen der Zielplattform beherrschen.
FPGA-Entwicklung
FPGA-Plattformen bieten einen flexiblen Weg, digitale Funktionalität vor oder parallel zu kundenspezifischem Silizium zu entwickeln, zu integrieren und zu validieren.
Das FPGA gilt uns als Entwicklungsplattform und nicht automatisch als endgültige Produktarchitektur. Welche Umsetzung passt, hängt von Leistung, Stückzahl, Verlustleistung, Kosten und Anforderungen an den Produktlebenszyklus ab.
Unsere FPGA-Kompetenz kann unterstützen:
- Prototyping digitaler Systeme
- Bewertung von ASIC-Architekturen
- Schnittstellenimplementierung
- Sensor- und Messdatenverarbeitung
- Timing- und Steuerfunktionen
- Datenerfassung
- Kommunikationsbrücken
- Test- und Validierungsplattformen
FPGA-Prototyping für die ASIC-Entwicklung
FPGA-Prototyping kann technische Risiken senken, bevor ein ASIC in die Fertigung geht.
Nicht jede ASIC-Funktion lässt sich exakt auf einem FPGA abbilden. Technologiespezifisches Verhalten, physisches Timing, analoge Funktionen und bestimmte Implementierungsdetails erfordern gegebenenfalls Modelle oder externe Emulation.
Der Umfang des Prototyps richtet sich deshalb nach den Fragen, die er beantworten soll.
Ein Prototyp kann den Teams von Kunde und Harmonie ermöglichen:
- Die Systemarchitektur zu bewerten
- Digitale Funktionalität zu erproben
- Embedded-Software früh zu entwickeln
- Externe Schnittstellen zu testen
- Sensoren und Peripheriehardware zu integrieren
- Datenfluss und Steuerverhalten zu validieren
- Das Anwendungskonzept zu demonstrieren
- Systemtests vor dem ersten Silizium vorzubereiten
Hardware- und Firmware-Integration
Viele Probleme in Embedded-Systemen gehören weder allein der Hardware noch allein der Software.
Ein Kommunikationsfehler kann aus dem Firmware-Timing, der FPGA-Logik, elektrischen Bedingungen, der Reset-Reihenfolge, der Taktkonfiguration oder einer unvollständigen Schnittstellenspezifikation stammen.
Unser Integrationsansatz betrachtet diese Ebenen gemeinsam.
Dieser fachübergreifende Ansatz zahlt sich besonders bei der Integration kundenspezifischer ASICs, Sensorelektronik oder zeitkritischer Messsysteme aus.
Typische Integrationstätigkeiten sind:
- Board-Einschaltung und erste Prüfungen
- Takt- und Reset-Konfiguration
- Kommunikation zwischen Prozessor und FPGA
- Registerzugriff auf das ASIC
- Initialisierung von Sensoren und Peripherie
- Timing-Analyse der Schnittstellen
- Validierung der Datenpfade
- Interrupt- und Ereignisbehandlung
Flexible Zusammenarbeitsmodelle
Harmonie Design Labs unterstützt Embedded- und FPGA-Projekte über mehrere Zusammenarbeitsmodelle.
Vollständiges Embedded-Subsystem
Wir entwickeln Embedded-Architektur, Firmware, FPGA-Funktionen, Schnittstellen und Systemintegrationsumgebung als ein abgestimmtes Arbeitspaket.
Firmware-Entwicklung
Wir entwickeln oder erweitern Firmware für einen bestehenden Mikrocontroller, Prozessor, ein FPGA-SoC oder eine Hardwareplattform des Kunden.
FPGA-Design und Prototyping
Wir entwickeln eine FPGA-basierte Funktion, ein Subsystem, einen Proof of Concept oder eine ASIC-Prototyping-Plattform.
Unterstützung bei der ASIC-Integration
Wir entwickeln die Firmware, Steuerlogik, Schnittstellensoftware und Evaluierungsumgebung, die zur Integration eines kundenspezifischen ASICs in das Gesamtsystem nötig sind.
Review bestehender Systeme
Wir bewerten eine bestehende Embedded- oder FPGA-Architektur auf Integrationsrisiken, Leistungsgrenzen, Schnittstellenprobleme, Wartbarkeit und Entwicklungsreife.
Erweiterung des Kundenteams
Unsere Ingenieure arbeiten innerhalb der bestehenden Hardware-, Firmware-, Versionsverwaltungs-, Review-, Test- und Dokumentationsumgebung des Kunden.
Warum Integration auf Systemebene zählt
Einzelne Komponenten können korrekt arbeiten, während das Gesamtsystem seine Anforderungen dennoch verfehlt.
Häufige Integrationsrisiken sind:
- Unvollständige Aufteilung zwischen Hardware und Software
- Schnittstellenannahmen, die zwischen Teams auseinandergehen
- Fehlerhafte Einschalt- oder Reset-Reihenfolge
- Zeitverhalten, das sich unter realer Last ändert
- Firmware, die ohne repräsentative Hardware entsteht
- FPGA-Logik, die sich schwer integrieren oder pflegen lässt
- Unzureichender Diagnose- und Debug-Zugang
- Kommunikationsfehler unter Randbedingungen
- Kalibrierroutinen ohne Bezug zum realen Bausteinverhalten
- Spät entdeckte Leistungsgrenzen auf Systemebene
Firmware, FPGA-Logik, Hardware und kundenspezifisches Silizium von Beginn an abzustimmen, verringert diese Risiken.
Ziel ist nicht einfach, funktionierenden Code oder programmierbare Logik zu liefern, sondern ein integriertes technisches System, das die vorgesehene Anwendung erfüllt.
Häufige Fragen
Die Embedded-Entwicklung kann Systemarchitektur, Auswahl von Mikrocontroller oder Prozessor, Firmware-Entwicklung, Gerätetreiber, Kommunikationsschnittstellen, Hardwareintegration, Debugging und Anwendungsvalidierung umfassen.
Ja. Je nach Projekt entwickeln wir Firmware, FPGA-Logik oder die vollständige Integration beider Bereiche.
Ja. Geeignete digitale Teile eines ASICs lassen sich auf FPGA umsetzen — für Architekturbewertung, Schnittstellentests, frühe Firmware-Entwicklung oder Validierung auf Systemebene. Nicht jedes ASIC-Verhalten lässt sich exakt nachbilden, deshalb muss der Umfang des Prototyps sorgfältig festgelegt werden.
Ja. Die Firmware-Entwicklung kann mit FPGA-Prototyp, Verhaltensmodell, Emulationsplattform, Entwicklungsboard oder Schnittstellenabstraktion beginnen, bevor erstes Silizium verfügbar ist.
Ja. Wir bewerten und nutzen bestehende Boards, Prozessoren, FPGA-Plattformen, Firmware-Codebasen, Schnittstellen und Entwicklungsumgebungen.
Ja. Wir unterstützen Einschaltung, Takt- und Reset-Prüfungen, Kommunikationstests, Prozessor- und FPGA-Konfiguration, ASIC-Zugriff, Peripherieinitialisierung und technisches Debugging.
Die beiden Kompetenzen sind verwandt, setzen aber unterschiedliche Schwerpunkte. Digital- & RTL-Design konzentriert sich auf synthetisierbares Digitaldesign und dessen Implementierung für ASICs und SoCs. Embedded- & FPGA-Entwicklung konzentriert sich auf programmierbare Plattformen, Firmware, Peripherieintegration, Prototyping und das gesamte elektronische System.
Unser Umfang richtet sich nach dem Projekt. Wir entwickeln Embedded- und FPGA-Subsysteme, Prototypen, Testplattformen und Systemintegrationsumgebungen. Verantwortung für das Serienprodukt, Zertifizierung, mechanische Konstruktion und Fertigungsumfang werden gesondert vereinbart.
