Ingenieurbüro Schüler
Willkommen auf der Webseite
des Ingenieurbüros Schüler.

Seit über 20 Jahren bieten wir Lösungen rund um
Elektronik, Hard- und Software.

Elektronik
 

Wir erstellen Schaltungen und Leiterplattendaten, begleiten die Fertigung, nehmen Inbetriebnahmen vor, analysieren die Fehlerbilder. Unser Tätigkeitsfeld ist umfassend von der Entwicklung der Prototypen bis hin zur Testautomation in der Serienfertigung.

Software und Datenbanken
 
Abgrenzung Software State Diagramm

Wir lösen Software-Anwendungen. Diese sind häufig Mikrokontroller-Anwendungen, um kleine autonome Systeme mit oder ohne PC-Anbindung zu realisieren.
Anwendungen und Bedienerschnittstellen, unter Linux, Windows und anderen Plattformen stellen keine Schwierigkeit dar.
Treiber und Hardware-Anbindung auf diesen Plattformen stellen aber eher unseren softwareseitigen Schwerpunkt dar, da wir mit unserer Nähe zur Elektronik hier gegenüber reinen Softwarefirmen weitaus mehr Möglichkeiten haben.

Integration und System-On-Chip
 
Integriertes System auf einem Chip (SoC) Schaubild dazu

Unsere Stärke ist die Integration, auch über Fachgebiete hinweg. Integration ist in dem Grade wirtschaftlich, wie sie hinsichtlich Anforderungen und Stückzahlen bemessen ist. Wir bieten Hardware-Unterstützung bei Software-Prozessen und wiederum Integration von Hardware-Komponenten auf Halbleitern. Wir können einerseits technologische Anforderungen in technischen Grenzbereichen erfüllen (dies meist bei geringerer Stückzahl) oder die Kostenanforderung größerer Serien andererseits.

Qualitätsmanagement
  Wir unterstützen die Qualitätmanagement-Prozesse mit unseren Systemen. Vernetzte relationale Datenbanken sorgen dafür, daß der Entwicklung und den Fertigungsprozessen unmittelbar und unverzüglich die Informationen zur Verfügung stehen, die sich aus Meßwerten, Auffälligkeiten, Fehlerbildern, Maßnahmen und Revisionen ergeben.

Elektronik und Hardware

Überblick Kompetenzen Elektronik/Hardware:
Schaltungsentwurf
Schaltpläne sind meist der Ausgangpunkt für die Umsetzung einer Schaltung.

Wir bieten

  • Umsetzung von Schaltungen und Schaltplänen
  • Unterstützung der Entwickler in Hinsicht auf Layout und Fertigung
  • Einbindung unserer erarbeiteten Technologien,
  • Konzipierung und Umsetzung kompletter Systeme.
Eine gute Marktkenntnis hilft, Bausteine richtig entsprechend ihrer Anforderungen und ihrer Serienkosten auszuwählen.

Moderne Methoden des Qualitätsmanagement verbessern unsere Ziele in der Fehlervermeidung. Zudem ermöglicht unser datenbankgestütztes Revisionsmanagement die Identifikation einzelner Entwicklungsstufen hinsichtlich Optimierung und Fehlerbeseitigung und deren Funktionsumfang.
Wird dies zudem mit unserem Datenbanksystem für die Serienfertigung verknüpft, lassen sich Funktionsumfang oder Updates anhand der Seriennummer stückbezogen ermitteln und mit den Informationen aus der Serienprüfung verknüpfen.

Leiterplattenentflechtung
Layouts sind für uns nicht nur eine Pflichtübung.

Vielleicht träfe dies noch bei Layouts zu, die, wenig komplex, in wenigen Stunden Arbeit zu erledigen sind. Das ist wohl auch der einzige Fall, wo noch ein Autorouter zu finden ist.

Komplexere Leiterplatten mit mehreren tausend Verbindungen, wie z.B. Mainboards, erfordern eine sorgfältige Planung (Floorplanning, Pinouts) und in der Regel im Anschluß ein Handlayout.

Impedanzkontrolliertes Layout wird dort einbezogen, wo Anforderungen an Takt- bzw. Signalfrequenz und -integrität dies erfordern.

Kenntnis moderner SMD-Fertigungstechnik ist selbstverständlich. Optimierungsüberlegungen hinsichtlich Fertigbarkeit und Testbarkeit werden frühestmöglich einbezogen.

Wir sind mit dem Umgang moderner Bauformen, (F)BGA, CSP vielfach vertraut.

Mechanische Aspekte
Im Zuge weiterer Integration und zunehmenden Anforderungen hinsichtlich der Kompaktheit treten zunehmend konstruktive Anforderungen aus der Mechanik hinzu (DFM). Dabei können wir einerseits die mechanischen Modelle in den Elekronikentwurf einbeziehen und andererseits wiederum die Elektronik modelliert in der mechanischen Konstruktion überprüfen. Für dies und die Gesamtkonstruktion wird bei uns eine entsprechende 3D-CAD-Software eingesetzt.
Inbetriebnahme und Test
Selbstverständlch Verfügen wir über Kompetenzen und Geräte, um die Schaltungen Inbetriebnehmen und Verifizieren zu Können.

Hilfreich ist, die Testmethodik bereits im Entwurf des Systems umzusetzen (DFT). Dies verbessert die Fehlererkennung und vermindert den Zeitaufwand. Hierbei helfen FPGA-gestützten Testmethoden besonders.

Simulation
Obwohl wir uns aufgrund des intensiven Auseinandersetzens mit der Simulationstechnik gut auskennen, bevorzugen wir immer noch sorgfältige Konzeption in Entwurf und Tests gegenüber heuristischen Analysen in der Simulation. In zunehmenden Anwendungen erweist sich diese allerdings als mächtiges Werkzeug zur Verminderung von Entwurfszyklen und Entwicklungszeit.
Serienoptimierung
Hierbei wird u. a. auch darauf geachtet, dass ein System auch in der Serienfertigung effizient und zuverlässig testbar ist. Das ist auch wichtig, um möglichst geringe Ausschussquoten zu erreichen.

Software

Dieses Bild soll eine kurze Übersicht über unser Tätigkeitsfeld im Bereich Software geben. (klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern)

    Abgrenzung Software
Benutzeroberflächen und Applikationen. Wir verwenden unsere Energie nicht darauf, isolierte Software-Anwendungen zu erstellen, das können andere auch.

Vielmehr beschränken wir uns darauf,

  • Bedienpanels für verbundene Hardware,
  • Interfaces für Meßwerterfassungen und
  • ergonomische Benutzerapplikationen für effizienten Einsatz im Serientest

zu erstellen. Diese können durchaus komplexe Steuerungsabläufe beinhalten. Bedieneroberflächen, die netzweit verfügbar sein sollen, können durch Web/Intranet-Anbindung an einen Server realisieren, daß Bedien-, Steuerungs, Meß- und Überwachungsaufgaben firmenweit zugänglich werden, auf Wunsch über gesicherte Verbindungen (IP-Tunnel) sogar an mehreren Standorten.

Zusätzlich gehören folgende Bereiche zu unserem Tätigkeitsfeld:

  • Netzwerk- und
  • Mikrokontroller-Anwendungen
  • Anwendungen in der Daten- und Signalverarbeitung
  • Kerneltreiber
Unsere Ingenieure sind selbstverständlich in der Lage, Verfahren auch in Software-Algorithmen umzusetzen. Es ist Teil unserer Philosophie, in beiden Gebieten Elektronik und Software bewandert zu sein (be skilled). Dies ermöglicht eine unvoreingenommene Sicht darauf, welches Verfahren besser oder wirtschaftlicher in Software oder in Hardware zu implementieren ist oder wo die beste Stelle für einen Schnitt ist. Desweiteren kann ein Software-Prototyping die Zeit erster Entwicklungsschritte verkürzen.
Datenbanken
  Konzipierung und Strukturierung von Datenbankmodellen Umsetzung der Datenbank-Applikation Gestaltung von serverbasierten Bedienoberflächen über WWW/PHP/HTML Erstellung von integrierten Datenbankapplikationen über C-API Transfer und Einbindung von Daten über OBDC/JDBC Protokollierung von Hardware-Überwachungen und Meßwerten über C-API Speicherung, Verarbeitung und Erstellung von Protokollen, Profilen, Auswertungen und Statistiken über C-API Anbindung von funkbasierten Datenbankterminals über C-API
Ebenen
  Wir können auf vielen Ebenen arbeiten.
  • Hardware
    Customentwurf von FPGAs bis zum ASIC, Microcontroller bis zu kompletten Mainboards für Eigenentwürfe von Rechnern.
  • BIOS
    In der ursprünglochen Bedeutung als Basic Input Output System steht diese Abkürzung für eine Firmware, also eine Software die laufen muss bevor irgend ein Peripheriegerät funktionieren kann.
  • Kernel
    Portierung und Tuning von Linux oder FreeBSD.
  • Treiber
    Treiberentwicklung für eigene Systeme, Karten, ... für Linux oder FreeBSD
  • Applikationen
    Datenverwaltung, Bearbeitung und Visualisierung. Eigene Tools für bessere Ergebnisse der eigenen Entwicklungen (in-house Tools).
Gebiete
  Benutzeroberflächen- und Applikationen Wir verwenden unsere Energie nicht darauf, isolierte Software-Anwendungen zu erstellen, das können andere auch. Vielmehr beschränken wir uns darauf, Bedienpanels für verbundene Hardware, Interfaces für Meßwerterfassungen und ergonomische Benutzerapplikationen für effizienten Einsatz im Serientest zu erstellen. Diese können durchaus komplexe Steuerungabläufe beinhalten. Bedieneroberflächen, die netzweit verfügbar sein sollen, können durch Web/Intranet-Anbindung an einen Server realisieren, daß Bedien-, Steuerungs, Meß- und Überwachungsaufgaben Firmenweit zugänglich werden, auf Wunsch über gesicherte Verbindungen (IP-Tunnel) sogar an mehreren Standorten.
Netzwerke
  Hard- und Software übergreifende Auflistung Aufbau von Netzwerken, Server-Strukturen Interface-Hardware zur Netzwerk-Anbindung Netzwerk-Applikationen für TCP und UDP Serverbasierte Netzwerk- und Intranet-Applikationen
Plattformen
  Für Embedded- und Server-Anwendungen wird von uns Unix aufgrund seiner freizügiger vorhandenen Informationen bevorzugt. Ansonsten richten wir uns bei der Erstellung nach den Anforderungen der Umgebung. Bedienoberflächen und Treiber machen natürlich nur auf den Plattformen Sinn, auf denen sie genutzt werden. Dies erstellen wir für Linux und Windows-Plattformen selbst; für den Mac (Macintosh) arbeiten wir mit einer anderen Firma zusammen. Zudem sei zu erwähnen, daß Mikrokontroller-Anwendungen keine volle Betriebssystemumgebung benötigen/erlauben. Hier arbeiten wir entwender mit einem kleinen Kernel oder einer Steuerung durch eine Zustandsmaschine. Für Embedded-CPU Anwendungen haben wir auch ein kleines Echtzeit-Kernel mit Multitasking-Eigenschaften.
Programmier-Sprachen
  Hier eine kurze Aufzählung der Sprachen, die wir einsetzen HTML/JavaScript. Eine Möglichkeit zur Gestaltung der Bedienerführung von Netzwerk-Applikationen und Datenbanken, PHP. Serverbasierter Einsatz im Zusammenhang mit Netzwerk- und Datenbank-Applikationen. Plattformübergreifend, da Steuerung und Bedienerführung via HTML und Browser auf dem Client-Rechner geschieht. SQL für den Datenbank-Einsatz. Java. Einsatz für plattformunabhängige Applikationen, die keinen Server benötigen. C/C++. Eigentlich auf allen Feldern eingesetzt. Hier seien Oberflächen, Treiber, Kernel, Datenbanken über C-API, Simulationen, Steuerungen und Überwachungen genannt. Assembler. Nur noch wenn für Kernel-Routinen oder Treiber nötig. Ansonsten sind Assembler-Optimierungen in Anwendungen heute nicht mehr zeitgemäß, da sehr gute C-Compiler zur Verfügung stehen und der Programmierstil sich damit entscheidender auf die Effizienz niederschlägt, als die Sprachwahl.

Integration

Häufig ergibt sich die größte Kosteneinsparung durch die Integration.

Je nach Grad der Integration werden mehrere Steuerungselemente zusammengefaßt. Weitergehende Integration integriert direkt Systemfunktionen. Heutige Bausteintechnologie setzt der Integration fast kaum noch technische Grenzen.

Wichtiger sind und werden wirtschaftliche Überlegungen, die einbeziehen, welche Technologie zur Erfüllung der Anforderungen mindestens notwendig ist und von dort ausgehend, wie weit die Integration gehen muß, damit ein optimales Verhältnis von Einmal- und Serienkosten entsteht.

Im Bereich der Systeme und Integration arbeiten wir schwerpunktmäßig mit FPGA. Diese haben meist auch für kleinere Firmen erschwingliche Systemkosten für die Prototypen-Entwicklung, decken aber dennoch technisch einen sehr breiten Einsatzbereich ab.

Hierbei bieten sich verschiedene Technologieplattformen an.

Überblick Kompetenzen Integration/SoC:

CPLD
Wir setzen CPLD verschiedener Hersteller ein. Eigentlich stellen CPLDs an sich keine besondere Herausforderung dar, daher betreuen wir problemlos auch Bausteine anderer Hersteller und setzen diese auch auf preisgünstigere Technologien um.

Wir setzen CPLD ansonsten nur auf Kundenwunsch ein; Antifuse-FPGAs decken deren Gebiet mühelos ab, sofern keine wiederprogrammierbare Schaltung benötigt wird. Mittlerweile sind Flash-FPGAs auch in diesen Bereich vorgedrungen.

FPGA
Im Bereich der Systeme und Integration arbeiten wir schwerpunktmäßig mit FPGA. Diese haben meist auch für kleinere Firmen erschwingliche Systemkosten für die Prototypen-Entwicklung, decken aber dennoch technisch einen sehr breiten Einsatzbereich ab.

Je nach Entwicklungsziel arbeiten wir meist mit drei Plattformen

  • bei Seriensystemen mit kompakten Antifuse-FPGAs von Actel. Diese bieten eine bis zu etwa 100k Gates mit oder ohne Embedded SRAM, hohe Systemgeschwindigkeit, breite Temperaturbereiche und hohe Zuverlässigkeit auch unter extremen Anforderungen. Mittels effizienter Entwicklung haben wir schon ganze Systeme schon auf einem solchen Baustein integrieren können.

  • Flash-FPGAs haben einige Marktbereiche erobert, insbesondere wenn es um Sicherheit und Zuverlässgkeit geht.

  • bei komplexeren Prototyping-Systemen kommen in der Regel SRAM-basierte Bausteine zum Einsatz. Früher meist Virtex-Serien von Xilinx, seit geraumer Zeit vermehrt Altera ArriaV. Diese sind schnell, bieten interne Ressourcen , wie PLLs, SRAM, DSP-Kerne und Transceiver, sowie viele Ressourcen für DSP-Funktionen und Logik. So kann man ganze Systeme der Signalverarbeitung kompakt integrieren.
Wir unterstützen FPGAs diverser Hersteller in verschiedenen Technologien
ASIC
Unser Design-Flow ist auf ASIC-Anforderungen abgestimmt. Der Schritt zum ASIC verspricht deutliche Senkung der Stückkosten, ist allerdings in der Regel mit hohen NRE-Kosten und damit hohen Stückzahlen verbunden. Das muss aber nicht zwangsläufig der Fall sein, wenn ältere oder maskenfixierte Prozesse (z.B. eASIC, oder die Konversionsoptionen von Xilinx oder Altera) eingesetzt werden.
SoC
Ursprünglich sind SoC eine Sonderform von komplexen ASIC, bei denen verschiedene eigenständige Funktionsblöcke auf einem Halbleiter zusammengefügt werden.
Mittlerweile gibt es eine Reihe von SoC-FPGA diverser Hersteller, die fertige Funktionsblöcke (z.B. PCIe, DSP-Einheiten, ARM-Cores) mit auf dem FPGA integrieren. Diese bieten auch einen Workflow dafür.
Gleiches gilt auch für die Unterstützung von OpenCL auf den DSP-Einheiten.

Qualitätsmanagement

Fehlerentstehung im Entwicklungs- und Fertigungsprozess ist unvermeidbar. Sehr wohl lassen sich dabei Zeitpunkt der Auftretens von Fehlern, deren Erkennbarkeit und deren Auswirkungen in großen Maße beeinflussen. Grundsätzlich sind Fehler folgenschwerer, je länger sie unerkannt bleiben.

Überblick Kompetenzen Qualitätsmanagement

Arbeitsprozesse
Neben Erfahrung und Besonnenheit spielt die Herangehensweise im Entwurf eine besondere Rolle. Systematische Analyse von Fehlermöglichkeiten hilft Fehler frühzeitig zu erkennen oder in Einzelfall auch auszuschließen. Vorschnelle, halbherzig getestete Entwürfe sind fehlerträchtig.
Testautomation
Durch Testautomation erleichtert und ermöglicht man verbesserte Fehlererkennung, insbesondere, wenn dabei im Betrieb verschiedene Temperatur und ggf. auch Klimazyklen durchfahren werden. Dies verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit oftmals durch temperatur- und alterungsbedingte Effekte.
Überwachung und Nachsorge
Test- und Inbetriebnahmeergebnisse, (angestrebt:geringe) Ausschussraten in der Serienfertigung und RMA- und Kundenprozesse liefern wichtige Informationen über die Qualität des Entwurfs. Diese werden bei relevanten Projekten datenbankgestützt erfasst und stehen teilebezogen zur Auswertung zur Verfügung.
Short overview of work areas:
CPU, Interfaces, Memories
Multimedia/Video/Graphics
Signal processing
Realtime Simulation
Wireless systems (AM/OFDM)
Cryptography


... nearly all used FPGA
Selected Company Milestones:
1996: PCI (Arcobel VLIW), MPEG2 (AmigaCD32)
 
2000: "EPOS" -- SDRAM, PowerPC, CDR-Link
 
2002: AIS - Quality Management, Test Automation
Ein AIS-Transponder dient zur Kommunikation von Schiffen bezüglich ihrer Navigations- und Kennwertdaten. Dieses Gerät als sicherheitsrelevantes Teil in der Navigation unterlag besonderen Anforderungen.

Als Entwicklungspartner oblagen uns einige Aufgaben "Systemplatine", Software der Netzwerkschnittstelle und der Implementation des rückwärtskompatiblen DSC-Protokolls.
Besonders erwähnenswert ist hierbei, dass wir (in Eigeninitiative und gegen einzelne Widerstände: "wir brauchen keine Datenbank") bereits in der Entwicklungsphase systematische Testmöglichkeiten vorsahen, sowie Methoden zur Testautomation und stückbezogenen datenbankgestützten Erfassung entwickelten. So wurde genau dadurch möglich, obwohl als (mindestens) Vierter in die Entwicklung gestartet zu sein, als Zweiter die Zulassung zu erreichen und als weltweit erster in größeren Stückzahlen liefern zu können.

2010: Realtime Simulator
Als Ergebnis unserer Tätigkeit im Bereich der Echtzeitsimulation, entstand auf Basis gängiger numerischer Berechnungsmethoden ein echtzeitfähiger Simulator mit Hardwareanbindung (HIL) auf Basis unserer Prototyping-Plattform.
2015: Prototyping Plattform
In Synthese unserer Anstrengungen der letzten 20 Jahre konnten wir Ende des Jahres 2015 erreichen, eine flexible, skalierungsfähige Platform zu schaffen, die das Prototyping vorangegangener Plattformen, eine hohe numerische Rechenleistung und eine universelle Ankopplung analoger und spezieller Schnittstellen ermöglicht.
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