Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Embedded System – a regional Innovation System Jerker Delsing, professor Luleå tekniska universitet jerker.delsing@ltu.se · 070-626 19 31 Anders Högström, VD Kalix Electropolis AB anders.hogstrom@kalix.se · 070-651 12 65 Per Lindgren, professor Luleå tekniska universitet per.lindgren@ltu.se · 070-376 81 50

Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Forskningsplattform Leds och drivs av Luleå tekniska universitet/EISLAB. Långsiktig behovsorienterad forskning och problemspecifik forskning.

Forskningsplattform Behovsrelaterad forskning Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Forskningsplattform Behovsrelaterad forskning Säkrar långsiktig kompetensförsörjning inom strategiskt valda satsningsområden. Problemorienterad forskning Teori, metoder och verktyg kommer industrin direkt tillhanda. Strategiska satsningsområden Viktiga satsningsområden för regionen. Forskarutbildad personal till industrin

Industrins nytta på kort och lång sikt säkras Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Industrins nytta på kort och lång sikt säkras genom tätt samarbete mellan forsknings- och industriplattformen. Behovsrelaterad forskning Problemorienterad forskning Forskningsplattform Prototypprojekt Marknadsprojekt Industriplattform

Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Mål Starta minst fyra problemorienterade forskningsprojekt baserade på konkreta företagsbehov. Bedriva behovsprövad forskning inom ett antal strategiskt viktiga teknikområden som stärker regionens långsiktiga kompetensförsörjning. Minst sex forskningsexamina och 24 vetenskapliga publikationer vid Luleå tekniska universitet inom området ”inbyggda system”. Att två forskarutbildade personer anställs i regionens företag inom en 3-årsperiod.

Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem EIS arkitektur Sensor- system Mixed- mode design Embedded EMC + Arbete inom minst tre av dessa områden kommer att drivas inom ramen för ESIS. Beslut från styrgrupp att gå vidare med elektronikproduktion som femte område. Elektronik- produktion

Satsningsområden Behovsorienterade projekt Problemspcifika projekt Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Satsningsområden Behovsorienterade projekt EIS arkitektur, 2 delprojekt Mixed mode design, 1 delprojekt Sensorsystem, 1 delprojekt + pågående förstudie Embedded EMC, 1 delprojekt beviljat Elektronikproduktion, 2 delprojekt beviljade Problemspcifika projekt 1 delprojekt, + 2 beviljade

EIS arkitektur Mjuk- och hårdvaruarkitektur för inbyggda system Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem EIS arkitektur Mjuk- och hårdvaruarkitektur för inbyggda system med realtidskrav och med anslutning till Internet. Effektiv mjukvara för inbyggda system Beräknings- och minnesbehov styr storlek, strömförbrukning och kostnad. Det ställer höga krav på verktyg för att generera körbar kod. Delprojektet belyser hur mjukvara baserat på Timber kan köras på små, inbyggda system. Peter Jonsson, doktorand

EIS arkitektur Verifiering av egenskaper för inbyggda system Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem EIS arkitektur Verifiering av egenskaper för inbyggda system Funktions- och tidsmässig korrekthet, robusthet och strömförbrukning är av yttersta vikt för design av inbyggda system. Med hjälp av formella metoder kan program analyseras med avseende på olika egenskaper. Pawels arbete fokuserar på Stack Resource Policy. Schemaläggningsbarhet för en given plattform. Resurssnålt: bara en stack inga onödiga pre-emptions context switch lika billigt som funktionsanrop Garanterar Deadlock fri implementation (kan inte låsa sig) Pawel Pietrzak, forskarassistent, assistant professor

Mixed mode design Analog design för låg effektförbrukning Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Mixed mode design Analog design för låg effektförbrukning och dess integration på kisel och i EIS-arkitekturer. Elektronikdesign för låg effektförbrukning Säkerställa långsiktig kompetensutveckling av området som nu är under uppbyggnad. Produkter med låg strömförbrukning kan göras billigare, mindre, och ha längre livslängd. Utveckling av teorier, metoder och verktyg för minskad strömförbrukning. Johan Borg, doktorand

Sensorsystem Sensorer är centrala för en mängd EIS applikationer. Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Sensorsystem Sensorer är centrala för en mängd EIS applikationer. Luleå tekniska universitets kompetens fokuserar på för regionen industriellt relevanta områden, t ex process-IT och hälsovård samt positionsmätning med GNSS-teknik (GPS). Nordnav är ett bra exempel på spin off effekt. Pågående Förstudie Behovsinventering, behovsstudie med fokus på robusta sensorsystem för att identifiera företags teknologibehov. Resultatet ger styrgruppen underlag för beslut om fortsatta aktiviteter.

Excitation med pulsad Nd-Yag laser. Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Ny teknologi för högfrekventa fotoakustiska sensorer  Projektet  berör  ny,  multimodal,  fotoakustisk  diagnosteknik som  kommer  att  kunna  erbjuda  alternativ  eller  komplement  till  existerande  tekniker.  Det  föreslagna projektet  kommer  direkt  att  bidra  till  området  fotoakustik  som  ingår  i  forskningsområdet sensorsystem  vid  EISLAB.  Eftersom  projektet  har  tydliga  kopplingar  till  både  medicinsktekniska  och  processindustriella tillämpningar är projektet att intressant för ett antal av de  företag från Norr‐ och Västerbotten som ingår i ESIS projektet.  Excitation med pulsad Nd-Yag laser. Laser pulse

Embedded EMC Tekniker för att mäta och simulera EMC Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Embedded EMC Tekniker för att mäta och simulera EMC (elektromagnetisk kompabilitet eller elektriska apparaters förmåga att inte störa eller störas av sin elektriska omgivning) i inbyggda produkter. Luleå tekniska universitet har spetskompetens inom området och ett lab för EMC-mätningar där företag och forskare kan testa in- och utstrålning i ett ekofritt rum. Förstudie Utifrån behovsinventeringen göra ingående behovsstudie av EMC-teknologi bland företagen.

Embedded EMC Förstudien har studerat det industriella behovet för Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Embedded EMC Förstudien har studerat det industriella behovet för Kretslösare Kretslösare för aktiva komponenter och PEEC-baserade elektromagnetiska modeller. Meshning Avancerad meshning för kretsbaserade elektromagnetiskamodeller Resultatet av förstuden är ett delprojekt med målet att ta fram nya metoder för EMC simulering genom en kombinerad kretslösare för elektroniska och elektromagnetiska problem.

Elektronikproduktion Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Elektronikproduktion Förstudier för att ta fram förslag till projekt och aktiviteter att bedriva inom satsningsområdet. Identifiera behov av långsiktig kompetensutveckling kringmönsterkort. Identifiera behov av långsiktig kompetensutveckling utifrån behovsinventering i Norr- och Västerbotten. Identifiera ”state of the art” för forskningsfronten och inom industrin. Vad görs i Sverige och internationellt?

Elektronikproduktion Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Elektronikproduktion Förstudien har resulterat tre delprojekt: Simulering av processutfall Projektets övergripande syfte är att förbättra utfall av och förståelse för produktionsprocessen avseende lödning i ugn. Målet är att ta fram metoder och verktyg för att via simuleringar kunna prediktera utfallet av en körning i lödugn. Provning och verifiering Projektets övergripande syfte är att ta fram metoder och verktyg för standardisering av provning och verifiering. Målet är också att koppla tillbaka provnings och verifieringsprocessen till designstadiet, och driva frågan om design for testability. Nya kretskort teknologier Projektet syftar till att skapa simuleringsmodeller för kretskort tillverkade med semi och full additiva kretskortsprocesser. Specifikt är högfrekvens egenskaper intressant i ett första skede. Härvid kommer modeller för koppar/metal strukturer med olika tillverkningstekniker att studeras varvid frågor som ytfinhet, process beroende ledningsgeometri, ”feature sizes” och direkt förbindning (direct cupper interconnect – dvs lödfri anslutning) är intressanta.

Problemspecifika projekt Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Problemspecifika projekt Specifika forskningsprojekt som identifieras och genomförs i dialog med regionens företag. Komponentbaserad design för inbyggda system Metoder för att effektivisera utvecklingsprocessen för design och programmering av inbyggda system genom ett komponentbaserat synsätt. Stark industriell koppling mot Electropolis och dess industriella avnämare. Jimmie Wiklander, industridoktorand, har tidigare arbetat inom Interreg-projektet Sensorband.

Problemspecifika projekt Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Problemspecifika projekt En förstudie inom området plattformsoberoende display och GUI (graphical user interface) teknik har genomförts. 13 företag har ingått i förstudien och fått beskriva: Vilka företagets huvudsakliga produkter inom inbyggda system är och vilka de riktar sig mot. Hur gränssnitt gentemot kund, servicetekniker och andra ser ut, hur de utvecklas och av vem. Vilka speciella behov produkterna ställer på gränssnitten; exempelvis strömsnålhet, tolerans mot dagsljus eller liknande. Vilka tekniska lösningar som används för utveckling; exempelvis vilka programspråk som används, hårdvaruplattformar, widget toolkits och liknande.

Problemspecifika projekt Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Problemspecifika projekt Resultat av förstudien: Företagen har väldigt olika produkter och typer av gränsnitt, LED, LCD, Web Väldigt olika designmetodik, därför varierar krav och önskemål väldigt mycket Olika plattformar, detta gör det svårare för företagen att samarbeta Lösning, samma/liknande gränssnitt och plattform gemensamt för flera företag? + Fördel, ökade möjligheter för samarbete - Nackdel, gränssnitt och plattform kan inte väljas på bästa sätt för varje produkt. Forskning, plattformsoberoende design? + Fördel, gränssnitt och plattform utvecklas/väljs för på bästa sätt för varje produkt. Arbete har nu initierats för att demonstrera denna teknik.

Dynamisk Forskningsplattform Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Dynamisk Forskningsplattform Ytterligare aktiviteter och projekt initieras inom för EISLAB strategiskt viktiga satsningsområden. Behovsinventering och förstudier kan visa på tillämpningar mot problemspecifika områden. Behovsorienterade aktiviteter och/eller projekt kan bli problemspecifika.

Komponentbaserad systemdesign Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Komponentbaserad systemdesign Designmetodik: Enkel (intuitiv) Plattformsoberoende design Effektiv designprocess (re-use) Resurssnål realisering Kvalitativ genom separat Verifikation av komponenter Verifikation av plattform

Designprocess Process: Enkel (intuitiv) Plattformsoberoende design Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Designprocess Process: Enkel (intuitiv) Plattformsoberoende design Effektiv designprocess (re-use) Resurssnål realisering Kvalitativ genom separat Verifikation av komponenter Verifikation av plattform

Reaktiv modell av inbyggda system Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Reaktiv modell av inbyggda system Reaktiv modell baserad på events (händelser) Modell: Reaktiv Komponentbaserad Objektorienterad Varje reaktion har ett tillåtet tidsfönster

System i form av komponenter Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem System i form av komponenter Komponentindelning enligt Funktionalitet Komponerbarhet Återanvändbarhet Robusthet

Partitionering i applikation/resursplattform Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Partitionering i applikation/resursplattform Applikationen Specifik funktionalitet Resursplattformen Generell funktionalitet

Kompononenter i form av reaktiva objekt Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Kompononenter i form av reaktiva objekt Objektindelning “Concurrent Objects” Objekt körs parallellt, men Endast en metod åt gången ger tillståndsskydd Maximera antalet objekt Ökar potentiell parallelism Bättre schemaläggning

Implementation och Verifiering Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Implementation och Verifiering Implementation Verifiering Mjukvara Reaktiva objekt i Timber: Komplieras till C-kod Timber-RTS sköter Schemaläggning Automatisk minneshantering Hårdvara Plattform som: Kör koden Minne I/O Mjukvara Separat veriferade komponenter Formell verifiering av interface Schemaläggningsanalys Minnesbehovsanalys Simulering Samsimulering i Simulink

Exempel, PAD (Personal Alarm Device) Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Exempel, PAD (Personal Alarm Device)

Larmdetektion Larmknapp Sänd larm Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Larmdetektion Larmknapp Sänd larm Detektionsalgoritm Detektera “impact” x^2+y^2+z^2 > threshold Detektera “posture” y> threshold Sänd larm

Partitionering i applikation/resursplattform Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Partitionering i applikation/resursplattform Applikation Komponenter Fall detector Fall larm sender Assistant alarm sender Resursplattform Komponenter Acceration sensor Message sender Push button

Kompononenter i form av reaktiva objekt Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Kompononenter i form av reaktiva objekt Applikation Fall detector komponent Fall detector Acceleration analyzer Acceleration sampler Resursplattform Komponenter Protokollimplementation Hårdvara

Implementation kodexempel för adController Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Implementation kodexempel för adController adController = class -- number of the channel to read from next time chan := 1 -- a list of acceleration values values := [] setChan = before tsetChDl action after (tsetChDl + twait) convert -- set the channel, e.g. register1.write c -- update state so that next reading will be from the next channel c := c + 1 convert = before tconvDl action -- initiate conversion, e.g. register2.write 1 Mjukvara Objektmodellen direkt i Timber: Komplieras till C-kod Timber-RTS sköter Schemaläggning Automatisk minneshantering Hårdvara Plattform som: Kör koden Minne I/O tidsmässigt beteende

Verifiering av implementation Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem Verifiering av implementation Simulink simulations of the Timber implementation LabView simulations of the algorithm (prev. study) No. of recordings Specificity* / Sensitivity** ADL (no falls) 160 100% * 164 100.0% * Fall forward (syncope) 38 100.0% ** 40 Fall forward (tripping) 37 Fall backward (attempting to sit down) 39 97.4% ** 95.0% ** Fall backward (from standing position) 97.5% ** 90.0% ** Lateral fall 100% ** Fall from bed Falls, total 233 99.1% ** 240 tlag 0.9 sec 2.0 sec PAD implementationen har samsimulerats under Simulink med riktiga värden (samplade) från verkliga fall. Resultaten stämmer eller är i vissa fall bättre än den algoritmspecifikationm som framtagits i tidigare interreg projekt “sensorband”. Prototyp är nu under utvekling för tillverkning och testning av Caretech i interreg projektet “Sensorband II”.

www.timber-lang.org Open-source projekt som leds av LTU: Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem www.timber-lang.org Open-source projekt som leds av LTU: Kompilator Timber till C RTS för POSIX (MAC-OSX/Linux) RTS för Arm7 på gång Fler RTS (Arm9, Blackfin, vad ni vill ha) XLIB/GLX/OpenGL för grafik och GUI Supercompiler (bättre än handoptimerad C-kod) Multi-core stöd ... analysverktyg för SRP (realtid) ... etc.

www.timber-lang.org Frågor? Per.Lindgren@ltu.se Elektroniksystem – ett regionalt innovationssystem www.timber-lang.org Frågor? Per.Lindgren@ltu.se