commit f6edf36f04b220a1807260d518d5cb691aad6b51
parent 211de5250ab66d6687d9e9877704fb4886c0b639
Author: Friedel Schön <[email protected]>
Date: Fri, 21 Jun 2024 15:12:59 +0200
eindverslag
Diffstat:
9 files changed, 396 insertions(+), 93 deletions(-)
diff --git a/build.sh b/build.sh
@@ -1,6 +1,4 @@
#!/bin/sh
cd `dirname $0`
-exec pandoc stageverslag.md -s \
- --defaults=options.yml \
- $@
-\ No newline at end of file
+exec pandoc stageverslag.md -s --defaults=options.yml $@
+\ No newline at end of file
diff --git a/evabits-white.png b/evabits-white.png
Binary files differ.
diff --git a/evabits.png b/evabits.png
Binary files differ.
diff --git a/hanze-white.png b/hanze-white.png
Binary files differ.
diff --git a/hanze.png b/hanze.png
Binary files differ.
diff --git a/metadata.yml b/metadata.yml
@@ -7,8 +7,8 @@ packages:
- afterpage
- titling
- tikz
-title: Onderzoek Communicatieprotocollen
-subtitle: Verantwoordingsverslag Stage EVAbits
+title: Verantwoordingsverslag en Onderzoek Stage EVAbits
+subtitle: Wat zijn voor- en nadelen van communicatiemiddelen tussen FPGA en computer ten opzichte van snelheid, betrouwbaarheid en kosten?
titlecolor: yellow
author: Friedel Schönd
date: \today
@@ -21,9 +21,13 @@ newcommands:
sectionbreak: \newpage
toc: |
\renewcommand*\contentsname{Inhoudsopgave}
+ \small
\tableofcontents
+ \normalsize
header-includes:
- \usepackage[ddmmyyyy]{datetime}
- \renewcommand{\dateseparator}{--}
- \onehalfspacing
- - \usetikzlibrary{shapes, arrows}
+ - \usetikzlibrary{shapes.geometric, arrows.meta, positioning}
+ - \AddToHook{cmd/section/before}{\clearpage}
+ - \newcommand{\textoverline}[1]{$\overline{\mbox{#1}}$}
diff --git a/stageverslag.md b/stageverslag.md
@@ -1,26 +1,32 @@
+\clearpage
+\thispagestyle{empty}
+\null
+\clearpage
\large
\vspace*{\fill}
-| | |
-| ---------------------: | ------------------------------------ |
-| **Titel** | \thetitle |
-| **Ondertitel** | Verantwoordingsverslag Stage EVAbits |
-| **Plaats en Datum** | Assen, \today |
-| | |
-| **Auteur** | \theauthor |
-| **Studentnummer** | 445455 |
-| **E-mail** | [email protected] |
-| | |
-| **Bedrijf** | EVAbits |
-| **Locatie** | Skagerak 26 |
-| | 9723JR Groningen |
-| **Bedrijfsbegeleider** | Jan Stegenga, Erik Krallen |
-| | |
-| **Opleiding** | Software Engineering, HBO-ICT |
-| **School** | Hanze Groningen |
-| **Docentbegeleider** | Kobus Bijker |
-| | Nienke van der Spek |
-
-Copyright \copyright 2024 \theauthor
+| | |
+| ---------------------: | ----------------------------- |
+| **Titel** | \thetitle |
+| **Plaats en Datum** | Assen, \today |
+| | |
+| **Auteur** | \theauthor |
+| **Studentnummer** | 445455 |
+| **E-mail** | [email protected] |
+| | |
+| **Bedrijf** | EVAbits |
+| **Locatie** | Skagerak 26 |
+| | 9723JR Groningen |
+| **Bedrijfsbegeleider** | Jan Stegenga |
+| | Erik Krallen |
+| | |
+| **Opleiding** | Software Engineering, HBO-ICT |
+| **School** | Hanze Groningen |
+| **Locatie** | Zernikeplein 11 |
+| | 9747 AS Groningen |
+| **Docentbegeleider** | Kobus Bijker |
+| | Nienke van der Spek |
+
+Copyright \copyright \the\year{} \theauthor
\normalsize
\newpage
@@ -28,54 +34,119 @@ Copyright \copyright 2024 \theauthor
# Voorwoord {.unnumbered}
-Voorwoord
+Voor u ligt het verantwoordingsverslag van mijn stage bij EVAbits, uitgevoerd gedurende semester 3.2 als onderdeel van de derdejaarsstage HBO-ICT aan de Hanze Groningen. Tijdens deze stage heb ik gewerkt aan de EVAjig, een innovatief product van EVAbits. EVAbits begon als een start-up in opdrachtprogrammering in Bedum en is inmiddels uitgegroeid tot een gevestigd bedrijf in Euvelgunne, Groningen. Sinds twee jaar werkt EVAbits aan de ontwikkeling van hun eigen product, de EVAjig. Dankzij mijn interesse en kennis in Embedded Programming heb ik EVAbits kunnen ondersteunen en een bijdrage kunnen leveren aan de EVAjig.
+
+Dit verslag geeft een overzicht van mijn ervaringen en werkzaamheden gedurende de afgelopen twintig weken. Ik heb een leuke tijd gehad waarin ik mijn kennis heb kunnen verbreden en mezelf verder heb kunnen ontwikkelen. Mijn inzet en kennis werden bij EVAbits gewaardeerd, wat heeft geleid tot een werkcontract na afronding van mijn stage. Ik ben zeer dankbaar voor deze kans.
+
+Graag wil ik mijn begeleider van de Hanze, Kobus Bijker, bedanken voor zijn ondersteuning en waardevolle feedback gedurende mijn stageperiode.
+
+Assen, \today
+
+Friedel Schön
+
# Samenvatting {.unnumbered}
-Samenvatting
+Field-Programmable Gate Arrays (FPGA's) bieden op flexibele wijze een breed scala aan functies. Door de mogelijkheid om hardware opnieuw te configureren en gemakkelijk aan te passen, zijn FPGA's geschikt voor complexe en flexibele toepassingen. EVAbits, een klein bedrijf gevestigd in Euvelgunne, Groningen, is gespecialiseerd in Embedded Engineering en Architectural Design. Het bedrijf heeft sinds twee jaar een eigen product ontwikkeld: de EVAjig, een testkast voor het testen van printplaatassemblages (PCBA's).
+
+De EVAjig maakt het mogelijk verschillende PCBA's te testen zonder aanpassingen. Momenteel is de EVAjig gebaseerd op een microcontroller met beperkte communicatiemogelijkheden, wat resulteert in een beperkt aantal te testen PCBA's. EVAbits streeft ernaar dit probleem op te lossen door een FPGA te gebruiken. Daarom is de opdracht gegeven om een proof-of-concept te ontwikkelen.
-\toc
+Een belangrijk aspect van dit project is het onderzoek naar het meest geschikte communicatieprotocol tussen de FPGA en de computer. De opdrachtgever vraagt specifiek naar de voor- en nadelen van verschillende communicatiemiddelen op het gebied van snelheid, betrouwbaarheid en kosten. Op basis van dit onderzoek zijn aanbevelingen geformuleerd voor toekomstige werkzaamheden.
+
+# Begrippenlijst {.unnumbered}
+
+- **Architecture Design**: Het ontwerpen van de structuur en organisatie van hardware of software systemen.
+- **Baud**: De eenheid van symbolen per seconde in communicatie, gebruikt om de snelheid van dataoverdracht in asynchrone protocollen zoals UART te specificeren.
+- **Clock-signaal**: Een elektrisch signaal dat de timing en snelheid van communicatie in een protocol bepaalt.
+- **(Data-)bus**: Meerdere peripherals zijn parallel aangesloten aan de datalijnen en communiceren zo onderling of met de master. De bus kan verbreed worden, zonder de complexiteit te moeten verhogen.
+- **(Data-)lijn** of **Signaal**: Een bekabeling van chip naar chip.
+- **Datastructuur**: Een specifieke manier om gegevens te organiseren, te beheren en op te slaan zodat ze efficiënt kunnen worden gebruikt en gecommuniceerd.-
+- **Half-Duplex**: Er kan maar in een richting gecommuniceerd worden tegelijkertijd.
+- **Full-Duplex**: Er kan tegelijk in twee richtingen gecommuniceerd worden.
+- **Echo** of **Ping-Pong**: Een programma, die op een _ping_-request een _pong_-response terug geeft. Op deze manier is de connectie en snelheid te testen.
+- **Efinix Titanium**: Een type FPGA geproduceerd door Efinix, bekend om zijn snelheid en energiezuinigheid.
+- **Embedded Programming**: Het schrijven van software die direct op de hardware van een apparaat draait, vaak gebruikt in speciale hardware- en software-integraties.
+- **EVAjig**: Een testapparaat van EVAbits ontworpen om het programmeren, instellen en testen van printplaatassemblages (PCBA) te vergemakkelijken.
+- **Field-Programmable Gate Array (FPGA)**: Een type geïntegreerd circuit dat door de gebruiker geconfigureerd kan worden om specifieke taken uit te voeren.-
+- **Google’s Protobuffers (Protobuf)**: Een efficiënt en taalneutraal data-serialisatieformaat ontwikkeld door Google, gebruikt voor het uitwisselen van gestructureerde informatie tussen verschillende programma's en systemen.- *
+- **Hardware Description Language (HDL)**: Een programmeertaal waarmee de configuraties en functies van de logische blokken binnen een FPGA worden beschreven.
+- **Hot-swapping**: De mogelijkheid om componenten toe te voegen of te verwijderen uit een systeem zonder dat het systeem hoeft te worden uitgeschakeld of opnieuw opgestart.
+- **Implementatie**: Het proces van het realiseren van een ontwerp of plan door middel van hardware of software.
+- **Inter-Integrated-Circuit (\iic{})**: Een eenvoudige, goedkope bus-systeem protocol dat een master en een of meer slaves gebruikt voor communicatie, met twee lijnen: een voor data en een voor clock.
+- **Master-Slave**: Een communicatieprincipe waarbij een master-apparaat controle heeft over de communicatie met één of meer slave-apparaten die reageren op de commando's van de master.-
+- **Microcontroller**: Een klein computer op een chip met een processor, geheugen, en invoer-/uitvoerpoorten, gebruikt voor specifieke taken in elektronische systemen.
+- **Node**: Een individueel apparaat of punt in een netwerk of bus-systeem dat deelneemt aan de communicatie.
+- **Open Source**: Een programma is opgebouwd met geschreven code (de broncode). Ontwikkelaars kunnen ervoor kiezen deze broncode voor iedereen publiek toegankelijk te maken, iedereen kan de broncode lezen en verbeteren.
+- **Peripheral**: Een controller (of computer) bestaat uit meerdere peripherals, dit zijn chips of elementen die een functie toevoegen. Voorbeeld: de processor op een microcontroller, de UART-naar-USB chip op een computer.
+- **Printplaatassemblages (PCBA)**: Een geassembleerde printplaat waarop verschillende elektronische componenten zijn bevestigd.
+- **RISC-V**: Een open standaard instructieset architectuur (ISA) gebaseerd op de principes van verminderde instructieset computing (RISC).
+- **Real-Time Operating System (RTOS)**: Een besturingssysteem ontworpen om applicaties te draaien die binnen strikte tijdslimieten moeten reageren op gebeurtenissen, vaak gebruikt in embedded systemen.
+- **Request-Response**: Een gebruiker stuurt een verzoek (request) naar een server, de server stuurt een antwoord (response) naar de gebruiker. Voorbeeld: De gebruiker vraagt `hanze.nl` op (request), de webserver stuurt de gegevens van de website (response).
+- **Serial Peripheral Interface (SPI)**: Een flexibel bus-systeem protocol met drie signalen: clock, MOSI (Master Out, Slave In), en MISO (Master In, Slave Out), plus een optionele Chip-Select lijn.
+- **Synchrone Communicatie**: Zender en ontvanger zijn gesynchroniseerd door een gezamenlijke clock. Er wordt alleen op de klokslag data verzonden of ontvangen.
+- **Asynchrone Communicatie**: Zender en ontvanger zijn niet gesynchroniseerd door een gezamenlijke clock. Data kan onafhankelijk van elkaar verzonden worden.
+- **Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART)**: Een asynchroon protocol voor communicatie tussen twee nodes, waarbij twee datalijnen (RX en TX) gebruikt worden zonder clock, met een gedefinieerde baud-snelheid.
+- **Versiebeheer**: Met versiebeheer worden veranderingen in de geschreven software opgeslagen in vorm van een versie, daardoor is het mogelijk naar oudere versies te kijken. Een groot voordeel is het efficiënte samenwerken. -
+- **Zephyr OS**: Een open-source real-time operating system ontwikkeld voor embedded apparaten, bekend om zijn lichtgewicht, schaalbare en veilige ontwerp.
+
+- \textoverline{CS}: Een lijn boven een lijn-naam betekent, dat deze active-low is. Een lijn, die actief is als het laag is getrokken.
+
+\toc <!-- TABLE OF CONTENTS -->
# Hoofdstuk Introductie
-EVAbits is een klein bedrijf gevestigd in Euvelgunne te Groningen. Het bedrijf is gespecialiseerd in het schrijven en onderhouden van software en firmware in de kader van Embedded Programming en Architecture Design. Het bedrijf is begonnen met opdrachtprogrammering, maar is ook sinds een aantal jaren bezig met hun eigen product: de EVAjig.
-De EVAjig is een testapparaat dat speciaal is ontworpen om het proces van programmeren, instellen en testen van printplaatassemblages (PCBA) te vergemakkelijken. Dit apparaat is uitgerust met een dashboard en een online portaal.
-Een van de opvallende kenmerken van de EVAjig is de mogelijkheid om cassettes met PCBA's gemakkelijk te verwisselen. Dit betekent dat je met hetzelfde apparaat verschillende soorten PCB ontwerpen kunt testen zonder veel tijd kwijt te zijn aan het aanpassen van de testopstelling.
+De opdrachtgever EVAbits is een klein bedrijf gevestigd in Euvelgunne te Groningen. Het bedrijf is gespecialiseerd in het schrijven en onderhouden van software en firmware in de kader van Embedded Programming en Architecture Design. Het bedrijf is begonnen met opdrachtprogrammering, maar is ook sinds een aantal jaren bezig met hun eigen product: de EVAjig.
+
+De EVAjig is een testapparaat dat speciaal is ontworpen om het proces van programmeren, instellen en testen van printplaatassemblages (PCBA) te vergemakkelijken. Dit apparaat is uitgerust met een dashboard en een online portaal. Een van de opvallende kenmerken van de EVAjig is de mogelijkheid om cassettes met PCBA's gemakkelijk te verwisselen. Dit betekent dat je met hetzelfde apparaat verschillende soorten PCB kunt ontwerpen en testen zonder veel tijd kwijt te zijn aan het aanpassen van de testopstelling.
Daarnaast biedt de EVAjig een breed scala aan algemene functies, waardoor het een veelzijdig hulpmiddel is voor verschillende testbehoeften. Dit maakt het apparaat bijzonder geschikt voor bedrijven en technici die regelmatig met verschillende PCB ontwerpen werken.
-De EVAjig is geïmplementeerd door middel van een microcontroller. Een microcontroller is een klein circuit dat als een complete computer op een chip fungeert. Het bevat alle essentiële componenten die een computer nodig heeft om te werken, zoals een processor (de 'hersenen' van de computer), geheugen (om gegevens op te slaan), en invoer-/uitvoerpoorten (om te communiceren met andere apparaten). Microcontrollers worden vaak gebruikt in elektronische apparaten en systemen om specifieke taken uit te voeren.Wa
-Wat microcontrollers bijzonder maakt, is hun vermogen om geprogrammeerd te worden voor specifieke taken. Dit betekent dat je de microcontroller instructies kunt geven om bepaalde acties uit te voeren op basis van de informatie die het ontvangt van sensoren of andere invoerapparaten. Dit programmeerbare karakter maakt het flexibel en toepasbaar in een breed scala van toepassingen, van eenvoudige huishoudelijke apparaten tot complexe industriële machines.
+
+Dit verantwoordingsverslag licht de opdracht toe en verantwoordt de gemaakte keuzes en de aanpak van de problemen. Het verslag begint met een toelichting op de EVAjig en het probleem wat de opdrachtgever ermee heeft. Vervolgens wordt het uitgevoerde onderzoek besproken in hoofdstuk vier, dit omvat een conclusie met aanbevelingen aan de opdrachtgever. In het vijfde hoofdstuk worden de HBO-I-competenties toegelicht en wordt beschreven hoe deze zijn bereikt. Er wordt afgesloten met 'Lessons Learned' met onderdelen die in de stage zijn geleerd of verbetert inclusief een korte zelfreflectie.
# Hoofdstuk Opdrachtbeschrijving
+In dit hoofdstuk wordt de stageopdracht uitgebreid beschreven en is opgedeeld in verschillende secties om een duidelijk overzicht te bieden. Eerst wordt in de sectie 'Probleem' het huidige probleem van de opdrachtgever toegelicht. Vervolgens wordt in de sectie 'Oplossing' de voorgestelde oplossing van EVAbits uitgelegd. De sectie 'Doel' behandelt de doelstellingen van de opdracht, inclusief de gemaakte afspraken en de scope van het project. Daarna worden in de sectie 'Stakeholders' de betrokken personen voorgesteld die een rol spelen in dit project. Tot slot worden in de sectie 'Beroepsproducten' de te ontwikkelen beroepsproducten gepresenteerd.
+
## Probleem
-Een nadeel van de huidige implementatie met een microcontroller is, dat communicatie wat vaak door middel van extra chips wordt afgehandeld, niet flexibel is. Communicatieprotocollen werken heel snel, vaak in de miljoenen bytes per second. Een microcontroller is niet snel genoeg om dit in software op te lossen en dus laat dit over aan een extern chip. Op de microcontroller is de processor vast aan de communicatie chipjes gekoppeld, zonder de mogelijkheid iets aan deze constructie te veranderen. Meestal is dit geen probleem voor de applicatie van een microcontroller, maar voor de EVAjig is dit een beperkend criteria door de brede schaal aan PCBA’s die moeten getest kunnen worden. #
+De EVAjig is geïmplementeerd door middel van een microcontroller. Een microcontroller is een klein circuit dat als een complete computer op een chip fungeert. Het bevat alle essentiële componenten die een computer nodig heeft om te werken, zoals een processor (de 'hersenen' van de computer), geheugen (om gegevens op te slaan), en invoer-/uitvoerpoorten (om te communiceren met andere apparaten). Microcontrollers worden vaak gebruikt in elektronische apparaten en systemen om specifieke taken uit te voeren.Wa
+Wat microcontrollers bijzonder maakt, is hun vermogen om geprogrammeerd te worden voor specifieke taken. Dit betekent dat je de microcontroller instructies kunt geven om bepaalde acties uit te voeren op basis van de informatie die het ontvangt van sensoren of andere invoerapparaten. Dit programmeerbare karakter maakt het flexibel en toepasbaar in een breed scala van toepassingen, van eenvoudige huishoudelijke apparaten tot complexe industriële machines.
+
+Een nadeel van de huidige implementatie met een microcontroller is de beperkte flexibiliteit in communicatie, die vaak via externe chips wordt afgehandeld. Communicatieprotocollen werken op een hoge snelheid, vaak in de miljoenen bytes per second. Een microcontroller is niet snel genoeg om deze communicatie in software af te handelen en laat dit over aan een externe chip. Op de microcontroller is de processor vast aan de communicatie chipjes gekoppeld, zonder de mogelijkheid iets aan deze constructie te veranderen. Meestal is dit geen probleem voor de applicatie van een microcontroller, maar voor de EVAjig is dit een beperkend criteria door de brede schaal aan PCBA’s die moeten getest kunnen worden. #
## Oplossing
-EVAbits heeft dit probleem herkent en heeft een opdracht aangemaakt om deze beperking te verhelpen. Het bedrijf heeft kennis in field-programmable gate-array’s (FPGA). Een FPGA is een type circuit door de gebruiker geconfigureerd kan worden om specifieke taken uit te voeren. Deze configuratie gebeurt door het programmeren van de logische blokken en verbindingsroutes binnen de FPGA. Hierdoor kan een FPGA worden aangepast aan een breed scala van toepassingen, van eenvoudige logische functies tot complexe digitale systemen.De
-De kern van een FPGA bestaat uit duizenden tot miljoenen programmeerbare logische blokken en een netwerk van interconnecties. Deze logische blokken kunnen worden geconfigureerd om elementaire functies uit te voeren, zoals AND, OR, en NOT-operaties, en ze kunnen worden gecombineerd om complexere digitale circuits te vormen. De interconnecties zorgen ervoor dat deze logische blokken op verschillende manieren met elkaar kunnen worden verbonden, afhankelijk van de vereisten van de toepassing.
-Een van de grootste voordelen van een FPGA is zijn flexibiliteit. Omdat het apparaat kan worden geherprogrammeerd, kunnen ontwerpers hun hardwareontwerpen aanpassen en optimaliseren zonder dat nieuwe fysieke chips nodig zijn. Daarnaast kunnen FPGAs meerdere taken parallel uitvoeren, wat resulteert in hoge verwerkingssnelheden. Dit maakt ze ideaal voor gebruik in toepassingen zoals signaalverwerking, communicatiesystemen, en complexe rekenintensieve taken.
-In vergelijking met een microcontroller biedt een FPGA veel meer flexibiliteit. Waar een microcontroller vast gekoppeld is aan bepaalde communicatiechips, kan een FPGA deze functionaliteit emuleren door de hardware intern opnieuw te configureren. Dit betekent dat een FPGA verschillende soorten communicatieprotocollen kan nabootsen zonder de beperkingen van vooraf vastgestelde hardware. Hierdoor kan een FPGA meerdere functies en communicatieprotocollen tegelijkertijd afhandelen, wat ideaal is voor complexe en veelzijdige toepassingen. De configuraties binnen de FPGA zijn beschrijven in een Hardware Description Language (HDL), in deze taal worden signalen en primitieve logica’s beschreven.#
+EVAbits heeft dit probleem herkent en heeft een opdracht begonnen om deze beperkingen te verhelpen. Het bedrijf heeft kennis in field-programmable gate arrays (FPGA). Een FPGA is een type circuit door de gebruiker kan worden geconfigureerd om specifieke taken uit te voeren. Deze configuratie gebeurt door middel van het programmeren van logische blokken en verbindingsroutes binnen de FPGA. Hierdoor kan een FPGA worden aangepast aan een breed scala van toepassingen, van eenvoudige logische functies tot complexe digitale systemen.
+
+De kern van een FPGA bestaat uit duizenden tot miljoenen programmeerbare logische blokken en een netwerk van interconnecties. Deze logische blokken kunnen worden geconfigureerd om elementaire functies zoals AND, OR en NOT-operaties uit te voeren. Door deze elementaire blokken te combineren kunnen complexere circuits gevormd worden. De interconnecties zorgen ervoor dat deze logische blokken op verschillende manieren met elkaar kunnen worden verbonden, afhankelijk van de vereisten van de toepassing.
+
+Een van de grootste voordelen van een FPGA is zijn flexibiliteit. Omdat het apparaat kan worden geherprogrammeerd, kunnen ontwerpers hun hardwareontwerpen aanpassen en optimaliseren zonder dat nieuwe fysieke chips nodig zijn. Daarnaast kunnen FPGA's meerdere taken parallel uitvoeren, wat resulteert in hoge verwerkingssnelheden. Dit maakt ze ideaal voor gebruik in toepassingen zoals signaalverwerking, communicatiesystemen en complexe rekenintensieve taken.
+
+In vergelijking met een microcontroller biedt een FPGA veel meer flexibiliteit. Waar een microcontroller vast gekoppeld is aan bepaalde communicatiechips, kan een FPGA deze functionaliteit emuleren door de hardware intern opnieuw te configureren. Dit betekent dat een FPGA verschillende soorten communicatieprotocollen kan nabootsen zonder de beperkingen van vooraf vastgestelde hardware. Hierdoor kan een FPGA meerdere functies en communicatieprotocollen tegelijkertijd afhandelen, wat ideaal is voor complexe en veelzijdige toepassingen. De configuraties binnen de FPGA worden beschreven in een Hardware Description Language (HDL), waarin signalen en primitieve logica’s worden gedefinieerd.V
+
+Voor deze specifieke oplossing heeft de opdrachtgever gekozen voor de Efinix Titanium FPGA. Efinix staat bekend om hun snelle en energiezuinige FPGA's, wat hen een geschikte keuze maakt voor de vereisten van de EVAjig.
## Doel
-Het doel van de opdrachtgever is om binnen zes maanden een proof-of-concept te implementeren voor de EVAjig, waarbij de huidige microcontroller gebaseerde implementatie wordt vergeleken met een nieuwe FPGA-gebaseerde oplossing. Deze proof-of-concept moet aantonen dat de FPGA-oplossing verbetering biedt in flexibiliteit en communicatiecapaciteit vergeleken met de huidige implementatie.
+Het doel van de opdrachtgever is om binnen twintig weken een proof-of-concept te implementeren voor de EVAjig, waarbij de huidige microcontroller gebaseerde implementatie wordt vergeleken met een nieuwe FPGA-gebaseerde oplossing. Deze proof-of-concept moet aantonen dat de FPGA-oplossing verbetering biedt in flexibiliteit en communicatiecapaciteit vergeleken met de huidige implementatie.
## Onderzoek
-De concrete onderzoeksvraag is "_Welke communicatiemiddelen tussen FPGA en computer zijn beschikbaar, wat zijn voor- en nadelen ten opzichte van snelheid, betrouwbaarheid en kosten en hoe dit communicatiemiddel gebruikt zou moeten worden?_"
+De opdrachtgever vroeg om een onderzoek te doen over de FPGA. De concrete onderzoeksvraag is "_Wat zijn voor- en nadelen van communicatiemiddelen tussen FPGA en computer ten opzichte van snelheid, betrouwbaarheid en kosten?_"
De huidige implementatie op de microcontroller, de software op de microcontroller, hoort bijna onveranderd op de FPGA-implementatie te kunnen draaien. Wel moet de software met de FPGA kunnen praten, dit vereist een vast communicatieprotocol tussen de software en de firmware architectuur. Er zijn vele communicatieprotocollen beschikbaar met elk hun eigen use-case. In dit verslag zou onderzocht worden, welk protocol het beste geschikt is voor communicatie tussen de firmware en de software ten opzichte van snelheid, flexibiliteit en kosten.
## Stakeholders
-| Naam | Organisatie | Rol |
-| ------------------- | --------------- | ------------------------------ |
-| Jan Stegenga | EVAbits | Stagebegeleiding |
-| Erik Krallen | EVAbits | Stagebegeleiding |
-| Kobus Bijker | Hanzehogeschool | Stagebegeleiding / Beoordelaar |
-| Nienke van der Spek | Hanzehogeschool | Beoordelaar Communicatie |
+Bij de opdracht zijn meerdere personen betrokken, deze personen zijn als volgt
+
+| Naam | Organisatie | Rol |
+| ------------------- | --------------- | ------------------------------- |
+| Jan Stegenga | EVAbits | Stagebegeleiding |
+| Erik Krallen | EVAbits | Stagebegeleiding |
+| Kobus Bijker | Hanzehogeschool | Stagebegeleiding / Beoordelaar |
+| Nienke van der Spek | Hanzehogeschool | Beoordelaar Communicatie |
+
+# Hoofdstuk Projectaanpak
## Beroepsproducten
@@ -83,26 +154,100 @@ Concrete beroepsproducten die van EVAbits werden gevraagd zijn:
### Demonstratie Zephyr OS op Efinix' Sapphire Core
-De opdrachtgever gebruikt voor de huidige implementatie op de microcontroller Zephyr OS. Zephyr OS is een Real-Time Operating System (RTOS), een besturingssysteem dat is ontworpen om applicaties te draaien waarbij het belangrijk is dat ze reageren op gebeurtenissen binnen een strikte tijdslimiet. Dit type besturingssysteem wordt vaak gebruikt in embedded systemen, waar tijdige en voorspelbare reacties op externe signalen cruciaal zijn. Zephyr OS is een open-source real-time operating system dat is ontwikkeld voor het draaien op embedded apparaten. Het is ontworpen om lichtgewicht, schaalbaar en veilig te zijn, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen, van eenvoudige sensoren tot complexe industriële besturingssystemen. Efinix is een fabrikant van FPGA’s inclusief een reeks handige core-modules. De Sapphire Core is een processor logicamodule geschreven en geoptimaliseerd voor hun FPGA, daarmee is het mogelijk minder primitieve operatie in Zephyr OS te draaien. Deze core gebruikt de RISC-V architectuur. Voortaan wordt Sapphire core ook RISC-V core genoemd om verwarring met Zephyr OS te voorkomen.##
+Voor de huidige implementatie op de microcontroller maakt de opdrachtgever gebruik van Zephyr OS. Zephyr OS is een Real-Time Operating System (RTOS), speciaal ontworpen om applicaties te draaien waarbij het cruciaal is om binnen strikte tijdslimieten te reageren op gebeurtenissen. Dit type besturingssysteem wordt veel toegepast in embedded systemen, waar betrouwbare en tijdige reacties op externe signalen van essentieel belang zijn.
+
+Zephyr OS is een open-source RTOS dat is geoptimaliseerd voor gebruik op embedded apparaten. Het systeem is ontworpen om lichtgewicht, schaalbaar en veilig te zijn, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen, van simpele sensoren tot complexe industriële besturingssystemen.
+
+Efinix is een fabrikant van FPGA's en biedt een reeks handige core-modules aan. De Sapphire Core, een processor logicamodule geoptimaliseerd voor hun FPGA, maakt het mogelijk om minder primitieve operaties binnen Zephyr OS uit te voeren. Deze core maakt gebruik van de RISC-V architectuur. Om verwarring met Zephyr OS te voorkomen, wordt deze core ook wel aangeduid als de RISC-V core.
+
+#### Requirements {.unnumbered}
+
+- Maak een programma, die een LED laat knipperen op Zephyr OS, die op de Sapphire Core kan draaien met gebruik van de Efinix Handleidingen. De aansturen werkt direct op de GPIO-bus van de Sapphire Core.
### Demonstratie communicatie tussen de FPGA en een computer via EVAbus (RISC-V Core)
EVAbits heeft hun eigen datastructuur bedacht voor het effectieve aansturen van de EVAjig. Dit is geïmplementeerd met behulp van Google’s Protobuffers (Protobuf), Protobuf is een efficiënt en taalneutraal data-serialisatieformaat ontwikkeld door Google, het wordt gebruikt voor het uitwisselen van gestructureerde informatie tussen verschillende programma's en systemen. Het maakt gebruik van een eenvoudig en uitgebreid berichtformaat om data in een compacte, snelle en makkelijk te lezen manier te coderen en decoderen.###
+#### Requirements {.unnumbered}
+
+- Maak een basic echo-programma op Zephyr OS, die een dummy-response terug geeft aan de computer.
+
### Demonstratie communicatie tussen de FPGA en RISC-V Core (VHDL)
Als volgt moet er gecommuniceerd worden tussen de primitieve FPGA Core en de RISC-V Core om data zoals configuratie uit te wisselen. Dit moet van beide kanten ontwikkeld worden.
+#### Requirements {.unnumbered}
+
+- Maak een programma, die een LED laat knipperen op Zephyr OS. Laat Zephyr OS communiceren met de FPGA-implementatie om de LED te laten knipperen.
+
### Implementatie van een driver in Zephyr OS voor het aansturen van de FPGA
Zephyr OS is modulair ontwikkeld om een brede schaal aan microcontrollers te ondersteunen. Hiervoor zijn er verschillende drivers beschikbaar. De FPGA hoort zelf geconfigureerd te worden, hiervoor is geen driver beschikbaar en deze dient zelf ontwikkeld te worden. EVAbits wil graag dat er een driver voor Zephyr OS wordt geschreven om makkelijk de FPGA aan te sturen.
+#### Requirement {.unnumbered}
+
+- Met de standaard-interface van Zephyr OS moet een peripheral kunnen worden aangestuurd.
+- De driver moet de conventions van Zephyr volgen.
+
### Onderzoeksrapport communicatieprotocollen
De communicatie tussen de FPGA en de RISC-V Core kan op verschillende manieren geïmplementeerd worden. Hiervoor zijn vele protocollen beschikbaar en toepasbaar. De opdrachtgever wil graag een vergelijking hebben tussen deze protocollen om beter te kunnen kiezen welke voor de EVAjig het beste is.
+#### Requirements
+
+- Het onderzoeksrapport wordt onderdeel van het verantwoordingsverslag.
+- Er moeten volgende protocollen vergeleken worden: SPI, \iic{}, UART
+
+## Planning
+
+Er werd meegewerkt aan de Agile werkwijze van de opdrachtgever. EVAbits heeft aan begin van elke dag een 'to do'-meeting, waarin wordt besproken wie welke taak gaat uitvoeren en of er problemen zijn. Aan het einde van de dag wordt een 'recap' gedaan, waarop terug wordt gekeken naar de dag.
+
+### Fases
+
+Aan het begin van de stage werden vijf fases gedefinieerd:
+
+| Fase | Betekenis |
+| ------------ | -------------------------------------------------------------------------------- |
+| Oriëntatie | Opdracht onderzoeken, een planning maken en oriënteren in het bedrijf ||
+| Ontwerp | Eerste ontwerpen voor de producten maken, details onderzoeken |
+| Onderzoek | Communicatieprotocollen onderzoeken, werkwijze begrijpen |
+| Ontwikkeling | Producten ontwikkelen |
+| Afronding | Producten en de stage afronden, verslag afronden en eindpresentatie voorbereiden |
+
+### Werkzaamheden
+
+In de eerste weken werd kennis gemaakt met de opdracht en de elementen erom heen. Vele dingen waren onbekend en nooit behandeld op school, dus deze moesten onderzocht worden door opzoeken in het internet en de kennis binnen het team. Vooral aandacht eisend was het concept _Zephyr OS_ en de tooling en ontwikkeling van de FPGA.
+
+| Week | Fase | Werkzaamheid |
+| ---: | ----------------- | ------------------------------------------------------------------------------- |
+| 7 | Oriëntatie | Stageplanning geschreven, Project gedefinieerd ||
+| 8 | Oriëntatie | Onderzoek Zephyr OS ||
+| 9 | Oriëntatie | Onderzoek FPGA ||
+| 10 | Oriëntatie | Onderzoek FPGA (Efinix Tooling) ||
+| 11 | Ontwerp | Combineren FPGA en Zephyr OS |
+| 12 | Ontwerp | Communicatie FPGA en Computer (UART) |
+| 13 | Ontwerp | Onderzoek huidige implementatie IO-module en EVAbus |
+| 14 | Ontwerp | Communicatie FPGA en Zephyr OS (UART) - Knipperende LED |
+| 15 | Ontwerp | Onderzoek Zephyr OS Internals (hoe werken drivers? hoe worden deze geschreven?) |
+| 16 | Ontwerp | Schrijven UART driver voor Zephyr OS |
+| 17 | Ontwerp | Implementatie EVAbus via UART |
+| 18 | Onderzoek | Onderzoek Communicatieprotocollen |
+| 19 | Onderzoek | Onderzoek Communicatieprotocollen |
+| 20 | Ontwikkeling | Communicatie FPGA en Zephyr OS (ABS) |
+| 21 | Ontwikkeling | Communicatie FPGA en Zephyr OS (SPI) |
+| 22 | Ontwikkeling | Communicatie FPGA en Zephyr OS (SPI) |
+| | Afronding | Conceptverslag afmaken |
+| 23 | Afronding | Communicatie FPGA en Zephyr OS (SPI) |
+| 24 | Afronding | Afmaken Verantwoordingsverslag |
+| 25 | Afronding | Afmaken Verantwoordingsverslag en Eindpresentatie |
+| 26 | Afronding | Eindpresentatie |
+
# Hoofdstuk Onderzoek
+Dit hoofdstuk gaat over de onderzoek: _Wat zijn voor- en nadelen van communicatiemiddelen tussen FPGA en computer ten opzichte van snelheid, betrouwbaarheid en kosten?_
+
+Eerst worden verschillende protocollen toegelicht en vergeleken. Daaruit volgt een conclusie.
+
## Protocollen
In dit hoofdstuk worden verschillende protocollen toegelicht. Een protocol is een afspraak tussen apparaten hoe gecommuniceerd wordt. Een voorbeeld is een spreektaal, er is afgesproken hoe bepaalde dingen worden genoemd en dat er regels zijn in de taal. Als twee personen er niet over eens zijn, welke taal wordt gesproken of hoe zij de taal spreken, kunnen zij niet met elkaar communiceren. In communicatieprotocollen is gedefinieerd welke signalen (draadjes/lijnen) er zijn en hoe deze moeten worden aangestuurd; wanneer gaat stroom over welk signaal, hoeveel tijd zit er tussen etc.
@@ -119,6 +264,13 @@ Inter-Integrated-Circuit (\iic{}) is één van de meest makkelijke protocollen.
Elke node heeft een adres waarop het wordt aangestuurd, er is alleen communicatie mogelijk tussen de master en een slave, het is niet mogelijk dat slaves onderling kunnen communiceren. Als standaard is 100kbit/s gedefinieerd als snelheid van communicatie, maar \iic{} is compatibel tot een snelheid van 3,4Mbit/s genoemd _high speed mode_. [@i2c-ti, chap. 1.2]
+#### Bedrading {.unnumbered}
+
+| Naam | Functie |
+| ------------------ | ---------------------------------------------------- |
+| Serial Clock (SCL) | Dit is de clock voor de communicatie (master-driven) |
+| Serial Data (SDA) | Over deze lijn worden command's of data gestuurd |
+
#### Voordelen {.unnumbered}
\iic{} heeft een eenvoudige bedrading en is makkelijker en goedkoper te implementeren. Ook is hot-swapping met \iic{} mogelijk, dat betekent dat slaves verwijderd of toegevoegd kunnen worden aan de bus zonder dat de bus uitgeschakeld of herstart moet worden. [@i2c-hotswap]
@@ -129,77 +281,196 @@ Doordat er maar één datalijn is, is \iic{} half-duplex. Half-duplex betekent,
### Serial Peripheral Interface
-Het Serial Peripheral Interface (SPI) protocol is ook een bus-protocol. Het is complexer en flexibeler ten opzichte van \iic{}, het is een 3-signal protocol. Er is een clock, geleverd door de master en een MOSI- en MISO-signaal. De MOSI-lijn (Master Out, Slave In) wordt gebruikt om data naar een slave te sturen, de slave ontvangt data. De MISO-lijn (Master In, Slave Out) wordt gebruikt om data vanuit een slave naar de master te sturen. Er is een optionele Chip-Select lijn bij het protocol om eenvoudig een node te selecteren. [@spi-ti, chap. 2.2]
+Het Serial Peripheral Interface (SPI) protocol is een bus-protocol dat, in vergelijking met zowel Inter-Integrated Circuit (I2C) als Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART), complexer en flexibeler is. SPI maakt gebruik van drie hoofd-signalen: een clock, geleverd door de master, een MOSI-signaal (Master Out, Slave In) om data naar een slave te sturen, en een MISO-signaal (Master In, Slave Out) om data vanuit een slave naar de master te sturen. Daarnaast is er een optionele Chip-Select lijn om eenvoudig een specifieke node te selecteren.[@spi-ti, chap. 2.2]
+
+#### Bedrading {.unnumbered}
+
+| Naam | Functie |
+| ------------------------------- | ---------------------------------------------------------------------------- |
+| Serial Clock (SCLK) | Dit is de clock voor de communicatie (master-driven) |
+| Master-Out Slave-In (MOSI) | Data wordt verstuurd door de master naar de slaves |
+| Master-In Slave-Out (MISO) | Data wordt verstuurd door een slave naar de master |
+| Chip Select (\textoverline{CS}) | Naar elke peripheral gaat een clip-select om te bepalen, wie geadresseerd is |
+
+#### Voordelen {.unnumbered}
+
+Een groot voordeel van SPI is de snelheid. SPI is niet gebonden aan een gedefinieerde snelheid en kan zo snel mogelijk communiceren. Ook is SPI full-duplex, dus is het zeer efficiënt bij een hoeveelheid data in beide richtingen. De implementatie is heel flexibel en geeft vrijheid voor verschillende toepassingen. Doordat er een gezamenlijke clock is, is SPI betrouwbaar bij hoge snelheden ten opzichte van UART.
+
+#### Nadelen {.unnumbered}
+
+SPI ondersteunt full-duplex, waardoor de bedrading complexer is dan bij \iic{} of UART. SPI vereist vier lijnen niet niet slechts twee zoals bij de net genoemde protocollen. Ook ondersteund SPI maar één master, die het clock-signaal maakt, daardoor is het moeilijk om verschillende peripherals aan te sluiten. \iic{} ondersteund een bus-systeem, dus er kan een reeks nodes aangesloten worden zonder de complexiteit te moeten verhogen; SPI maakt gebruikt van de chip-select lijn, waardoor het niet mogelijk is een simpel bus te maken.T
+
+Ten opzichte van UART heeft SPI geen standaard manier om fouten te detecteren. Dit moet door de ontwikkelaar handmatig geïmplementeerd worden, wat de complexiteit kan verhogen.
### Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
-Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) is een asynchrone protocol, dus er kan tegelijk geschreven en gelezen worden. In tegenstelling tot de bovenstaande protocollen is UART geen bus-protocol en werkt alleen tussen twee nodes. UART heeft twee datalijnen: RX en TX, RX staat voor _Receive Text_ en TX staat voor _Transmit Text_ en heeft geen clock. Door beide nodes wordt een clock-snelheid gedefinieerd, dat wordt _Baud_ genoemd. Er wordt simpelweg de data geschreven met de gedefinieerde snelheid inclusief een start- en stop-bit en optioneel een parity-bit voor fout-detectie.
+Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) is een asynchroon, full-duplex protocol, dus er kan onafhankelijk tegelijk geschreven en gelezen worden. In tegenstelling tot de bovenstaande protocollen is UART geen bus-protocol en werkt alleen tussen twee nodes (point-to-point). UART heeft twee datalijnen: RX en TX, RX staat voor _Receive Text_ en TX staat voor _Transmit Text_ en heeft geen clock. Er is niet gedefinieerd, welke richting RX of TX data verstuurd door evenwaardige aard van nodes. Soms moet RX en TX gedraaid worden in de bedrading (één lijn van RX naar TX en één lijn van TX naar RX). Door beide nodes wordt een clock-snelheid gedefinieerd, dat wordt _Baud_ genoemd. Er wordt simpelweg de data geschreven met de gedefinieerde snelheid inclusief een start- en stop-bit en optioneel een parity-bit voor fout-detectie. ###
+
+#### Bedrading {.unnumbered}
+
+| Naam | Functie |
+| ---- | ---------------------------------------------- |
+| RX | Op deze lijn wordt data verzonden of ontvangen |
+| TX | Op deze lijn wordt data verzonden of ontvangen |
#### Voordelen {.unnumbered}
-Zoals bij \iic{} heeft UART een eenvoudige bedrading, dus is het goedkoop te implementeren. Ook is UART technisch makkelijk te implementeren.
+Zoals bij \iic{} heeft UART een eenvoudige bedrading, dus is het goedkoop te implementeren. Doordat het asynchroon is, zijn beide nodes evenwaardig en er moet niet één node als master gedefinieerd zijn.#
#### Nadelen {.unnumbered}
-UART is niet geschikt voor meerdere nodes. Als er gecommuniceerd moet worden naar meerdere nodes, moeten er onderling UART-signals geplaatst worden.
+UART is niet geschikt voor meerdere nodes. Als er gecommuniceerd moet worden naar meerdere nodes, moeten er onderling UART-signals geplaatst worden. Door de asynchrone aard van UART, zou UART onstabiel worden bij hoge snelheden, dit verlaagd de maximale snelheid.
-## Toepassing op EVAjig
+## Toepassing op de EVAjig
-Voor de geplande toepassing op de EVAjig is het gekozen protocol de bottleneck. De computer stuurt data naar de FPGA via één protocol om zo de data via verschillende protocollen naar de PCB's door te sluizen.#
+\tikzset{
+ block/.style={rectangle, rounded corners, minimum width=2cm, minimum height=1cm, text centered, draw=black, fill=green!30},
+ line/.style={draw, -{Latex[length=3mm,width=2mm]}}
+}
-## Conclusie
+\begin{tikzpicture}[align=center,node distance=2cm]
-## Aanbevelingen
+% Nodes
+\node (computer) [block] {Computer};
+\node (fpga) [block, below of=computer] {Soft Core op FPGA};
+\node (fpga_hardware) [block, below of=fpga] {FPGA Hardware};
+\node (pcb0) [block, below right=1cm and 2cm of fpga_hardware] {PCB};
+\node (pcb1) [block, right=2cm of fpga_hardware] {PCB};
+\node (pcb2) [block, above right=1cm and 2cm of fpga_hardware] {PCB};
-\newpage
-# Hoofdstuk Projectaanpak en Risico's
+% Arrows
+\draw [line] (computer) -- node[right]{via USB} (fpga);
+\draw [line] (fpga) -- node[right]{via SPI} (fpga_hardware);
+\draw [line] (fpga_hardware) -- node[above]{via SPI} (pcb0);
+\draw [line] (fpga_hardware) -- node[above]{via \iic{}} (pcb1);
+\draw [line] (fpga_hardware) -- node[below]{via UART} (pcb2);
-## Planning
+\end{tikzpicture}
-### Requirements
+In bovenstaande graaf wordt de communicatiestructuur binnen het systeem geïllustreerd. Het systeem omvat verschillende componenten die onderling communiceren om gegevens en commando's uit te wisselen. De componenten en communicatiepaden zijn als volgt:
-## Risico's
+- Computer: Dit fungeert als de bron van gegevens of commando's.
+- Soft Core op FPGA: Dit is een verwerkingsunit die op een FPGA draait.
+- FPGA Hardware: Fysieke hardwarecomponenten die worden gesimuleerd door de FPGA.
+
+Verschillende PCB's worden getoond als bestemmingen voor gegevens of commando's vanuit de FPGA Hardware:
+
+- PCB0: Ontvangt gegevens via het SPI (Serial Peripheral Interface) protocol.
+- PCB1: Ontvangt gegevens via het I2C protocol.
+- PCB2: Ontvangt gegevens via het UART protocol.
+
+De communicatiepaden worden als volgt weergegeven:
+
+- Computer naar Soft Core op FPGA: Gegevens of commando's worden via USB verzonden.
+- Soft Core op FPGA naar FPGA Hardware: Communicatie vindt plaats via het SPI protocol.
+- FPGA Hardware naar PCBs: De FPGA Hardware communiceert met de verschillende PCB's via hun respectievelijke communicatieprotocollen.
+
+Deze diagram illustreert de complexe communicatiestructuur binnen het systeem, waarbij verschillende protocollen worden gebruikt om de juiste overdracht van gegevens te waarborgen.
+
+## Vergelijking van SPI, I2C en UART
+
+Hieronder is een tabel opgenomen waarin de drie communicatieprotocollen SPI, I2C en UART worden vergeleken op verschillende criteria:
+
+\small
+| Criteria | SPI (Serial Peripheral Interface) | I2C (Inter-Integrated Circuit) | UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) |
+| --------------------- | ------------------------------------------------ | ----------------------------------------------- | --------------------------------------------------------- |
+| **Protocol Type** | Synchroon or Asynchroon | Synchroon | Asynchroon |
+| **Complexiteit** | 3 (MOSI, MISO, SCK) + optional CS | 2 (SDA, SCL) | 2 (TX, RX) |
+| **Clock Signal** | Ja (master-driven) | Ja (master-driven) | Nee |
+| **Data Snelheid** | tot enkele tientallen MHz | tot 3.4 MHz | max. ~1 Mbps voor standaard UART |
+| **Complexiteit** | Matig | Laag tot matig | Laag |
+| **Multi-Master** | Nee | Ja | Nee |
+| **Multi-Slave** | Ja (met aparte CS lijnen per slave) | Ja (adressering) | Nee (point-to-point) |
+| **Foutdetectie** | Geen ingebouwde foutdetectie | Basis (ACK/NACK) | Basis (pariteitsbit) |
+| **Bus** | Nee | Ja | Nee |
+| **Kosten** | Matig (extra lijnen en complexiteit) | Laag (weinig lijnen, eenvoudiger) | Laag (weinig lijnen, eenvoudig) |
+| **Energiekosten** | Hoog (door continue clock) | Laag tot matig (lage complexiteit, bus-systeem) | Laag (eenvoudig en lage snelheid) |
+| **Geschikt voor** | Hoge snelheid, korte afstand, en meerdere slaves | Lange afstand, meerdere masters/slaves | Eenvoudige, lange afstand, en point-to-point verbindingen |
+\normalsize
+
+### Conclusie
+
+Tijdens de stage is uitgebreid onderzocht naar voor- en nadelen van verschillende communicatieprotocollen. Dit protocol zou dienen als communicatie tussen FPGA en de soft-core op de FPGA op de EVAjig. Onderzocht zijn de protocollen \iic{}, UART en SPI, met elk verschillende kenmerken en beperkingen.
+
+\iic{} heeft een eenvoudige bedrading is is flexibel met de mogelijkheid om meerdere peripherals aan een bus aan te sluiten. Wel is \iic{} beperkt door een lagere snelheid en half-duplex.
+
+UART is ook eenvoudig te bedragen en flexibel te gebruiken, wel is UART ongeschikt voor het communiceren met meerdere peripherals. Het is een asynchroon protocol, wat het moeilijk maakt, data op een hoge snelheid te versturen.
+
+SPI bied wel een hoge snelheid met full-duplex communicatie met de consequentie, dat de complexiteit relatief hoog is. Ook is SPI slecht voor bus-systemen, doordat er een chip-select lijn naar elke node moet gaan.
+
+Op basis van dit onderzoek is theoretisch bekeken, welk protocol het meest geschikt is voor de EVAjig. Gezien dat het gekozen protocol de bottleneck zou zijn, is snelheid een prioriteit. Ook is een bus-mogelijkheid niet vereist, er wordt slechts tussen twee nodes (de FPGA en de soft-core) gecommuniceerd. SPI blijkt het meest geschikte communicatieprotocol te zijn voor de EVAjig, het bied de snelheid het flexibiliteit. Doordat alles op de FPGA draait en door de Hardware Description Language wordt beschreven is complexiteit geen probleem.
+
+### Aanbevelingen
+
+Op basis van de conclusies van dit onderzoek, zijn er volgende aanbevelingen opgesteld om de communicatie op de EVAjig te optimaliseren:
+
+- **Integratie van SPI in de FPGA-architectuur**: Het wordt aanbevolen om de FPGA te ontwikkelen met het SPI-protocol, hier is het makkelijk om de bestaande hardware clock te gebruiken en dus de FPGA-kant de master te maken. Dit biedt maximale flexibiliteit in communicatie met verschillende apparaten en systemen.
+
+- **Ontwikkeling van een SPI-driver voor Zephyr OS**: Efinix biedt geen SPI-driver aan voor Zephyr OS. Om de integratie van SPI eenvoudig te laten verlopen, moet er een aangepaste SPI-driver worden ontwikkeld voor Zephyr OS. Op basis van de geleverde driver van Efinix en de handleidingen kan de driver voor Zephyr OS worden ontwikkelt. Het is belangrijk, de driver goed te documenteren, zowel voor de gebruiker, maar ook voor de ontwikkelaar om het gebruik eenvoudig te maken.
+
+- **Optimalisatie van communicatieprotocol**: Door de aard van de FPGA, kan er een hoge datasnelheid toegepast worden. Maak een test met meerderde kloksnelheden, om de meest geschikte snelheid te vinden. De snelheid bepaald ook te betrouwbaarheid van communicatie.
+
+Door deze aanbevelingen kan EVAbits de functionaliteit van de EVAjig verbeteren, als er gebruik gemaakt wordt van een FPGA.
-\newpage
# Hoofdstuk HBO-I competenties
-Tijdens de stageperiode zijn er planningen gemaakt om de werkzaamheden gestructureerd aan te pakken.
+Tijdens de stageperiode zijn er planningen gemaakt om de werkzaamheden gestructureerd aan te pakken. Dit hoofdstuk beschrijft hoe de HBO-I competenties zijn toegepast en ontwikkeld gedurende deze periode.
## Onderzoeken
-Er is onderzoek gedaan naar welk communicatieprotocol het meest geschikt is voor de toepassing op de FPGA. Ook is onderzocht hoe het huidige systeem geïmplementeerd kan worden op de FPGA.
+In de oriëntatie- en onderzoekfase werd uitgebreid onderzoek verricht naar de meest geschikte communicatieprotocollen voor de toepassing op de FPGA. Dit omvatte het vergelijken van de snelheid, betrouwbaarheid en kosten van verschillende protocollen zoals SPI, UART, en I2C. Daarnaast werd onderzocht hoe de bestaande microcontroller-gebaseerde implementatie kon worden overgezet naar een FPGA-implementatie.
-## Projectmatig Werken
+## Projectmatig Werken
-In de stage werd gebruik gemaakt van verschillende projectstructuren. Er wordt op een systematische wijze gewerkt aan het vraagstuk.
+Bij de opdrachtgever is een agile werkwijze gebruikt, waarbij iteratieve sessies hielpen om de status in de gaten te houden en aan te passen waar nodig. Aan het begin van de stage werd een duidelijke fasering gedefinieerd, die als leidraad diende voor het gehele project. Dit gestructureerde proces zorgde voor een overzichtelijke en efficiënte werkwijze, waarbij elke fase van het project zorgvuldig werd gepland en uitgevoerd.
## Analyseren
-De huidige implementatie van het systeem is geanalyseerd om eventuele verbeterpunten te identificeren. Deze analyse maakte het mogelijk om gerichte aanpassingen te doen en het systeem efficiënter te maken.
+Een grondige analyse van de huidige implementatie van het systeem bracht diverse verbeterpunten aan het licht. Deze analyse omvatte het bekijken van de beperkingen en de mogelijkheden voor optimalisatie van de bestaande microcontroller-oplossing. De resultaten van deze analyse werden gebruikt om de nieuwe FPGA-implementatie te verbeteren, met als doel de functionaliteit en efficiëntie te verhogen.
## Ontwerpen
-Op basis van de analyse zijn nieuwe implementaties ontworpen voor de FPGA. Deze ontwerpen omvatten verbeterde logische schema’s en configuraties die de prestaties van het systeem optimaliseren.#
+Op basis van de uitslag uit de analysefase werden nieuwe implementaties ontworpen voor de FPGA. Het ontwerpen van deze nieuwe configuraties vereiste een diepgaand begrip van de FPGA-architectuur en de specificaties van de te gebruiken communicatieprotocollen. De ontwerpactiviteiten zorgden ervoor dat de nieuwe oplossing zowel flexibel als efficiënt was, met verbeterde communicatiecapaciteiten.
-## Realiseren
+## Realiseren
-De nieuwe ontwerpen zijn getest op de FPGA om de functionaliteit te verifiëren.
+De nieuwe ontwerpen werden vervolgens geïmplementeerd en getest op de FPGA om de functionaliteit te verifiëren. Deze testfase was cruciaal om te bevestigen dat de theoretische ontwerpen in de praktijk werkten zoals gepland. Eventuele problemen die tijdens de tests naar voren kwamen, werden geanalyseerd en opgelost.#
+
+## Adviseren
+
+Op basis van de nieuwe implementatie werden aanbevelingen gedaan voor verdere optimalisaties en verbeterpunten. Deze aanbevelingen omvatten suggesties voor toekomstige verbeteringen en uitbreidingen van de EVAjig. Door deze aanbevelingen kon EVAbits verder bouwen op de behaalde resultaten en de ontwikkeling van hun product continu verbeteren.
## Schriftelijke Vaardigheden
-Gedurende de stage zijn documentaties en dit verslag geschreven. Deze documenten zijn handig voor de opdrachtgever en de Hanzehogeschool.
+Gedurende de stage werden diverse documentaties opgesteld, waaronder technische documenten en dit verantwoordingsverslag. Deze documenten dienden als waardevolle hulpmiddelen voor zowel de opdrachtgever als de Hanze. De geschreven stukken werden zorgvuldig samengesteld om de voortgang, bevindingen en aanbevelingen van het project helder en gedetailleerd weer te geven. Deze schriftelijke vaardigheden waren essentieel voor de communicatie en documentatie van het project.
-## Adviseren
+# Hoofdstuk Lessons Learned
-Op basis van de nieuwe implementatie zijn aanbevelingen gedaan voor verdere optimalisaties en verbeterpunten. Deze adviezen helpen het team om de prestaties en efficiëntie van de projecten te v
-verbeteren.
+Tijdens mijn stage bij EVAbits heb ik veel geleerd over verschillende technieken en professionele en persoonlijke ontwikkeling. Ik zou in dit hoofdstuk dieper op deze punten ingaan.
-*(terugkoppeling met mijn activiteiten volgt nog)*
+## Technische Vaardigheden
-# Begrippenlijst {.unnumbered}
+- **Diepgaande kennis van FPGA's**
+Gedurende mijn stage heb ik uitgebreide ervaring opgedaan met FPGA's, met name de Sapphire Core van Efinix. Het ontwikkelen van schema's met gebruik van een Hardware Description Language was een uitdaging zowel het tooling om de FPGA heen.
+
+- **Real-Time Operating Systems (RTOS)**
+Het werken met Zephyr OS heeft me waardevolle ervaring gegeven in het gebruik van een RTOS voor embedded systemen. Ik heb geleerd hoe ik effectieve drivers kan schrijven en hoe ik de voordelen van een RTOS kan benutten om efficiënte programma's te schrijven.
+
+- **Communicatieprotocollen**
+De vergelijking van verschillende communicatieprotocollen (SPI, \iic{}, UART) en de implementatie van de protocollen hebben mij veel over het innerlijk van computercommunicatie laten zien. Ik heb geleerd hoe ik de voor- en nadelen van elk protocol kan vergelijken om de beste oplossing voor een specifieke toepassing te kiezen.
+
+## Professionele Ontwikkeling
+
+- **Onderzoek en Analyse**
+Het onderzoeken en analyseren van de communicatieprotocollen heeft de vaardigheid versterkt. Ik heb geleerd een bestaande implementatie te begrijpen en te analyseren om deze theoretisch toe te passen op een andere casus.
+
+- **Documentatie en Schriftelijke Vaardigheden**
+Het opstellen van documentatie en rapporten, zoals dit stageverslag, heeft mijn schriftelijke vaardigheden verbeterd. Ik heb geleerd hoe ik technische informatie duidelijk en gestructureerd kan presenteren, wat essentieel is voor het delen van kennis.
+
+## Reflectie en Toekomstige Verbeteringen
+
+Het werken binnen de ICT is nieuw geweest en verschilt erg van eerder gedaan werk. Ik heb belangrijke contacten gemaakt en dat er een baan is aangeboden bevestigd mijn plek in de Embedded Engineering-sector.
-| Begrip | Afkorting | Beschrijving |
-| ------ | --------- | ------------ |
-| ... | ... | ... |
+Kortom, de stage bij EVAbits was een waardevolle leerervaring die me goed heeft voorbereid op mijn toekomstige carrière. Ik ben dankbaar voor de kansen die ik heb gekregen en kijk uit naar de uitdagingen en kansen die voor me liggen.
# Literatuurlijst
\ No newline at end of file
diff --git a/template.tex b/template.tex
@@ -8,18 +8,7 @@ $prefix()$
$if(has-frontmatter)$
\frontmatter
$endif$
-$if(title)$
-\maketitle
-\pagecolor{$titlecolor$}\afterpage{\nopagecolor}
-\thispagestyle{empty}
-\newpage
-$if(abstract)$
-\begin{abstract}
-$abstract$
-\end{abstract}
-$endif$
-$endif$
-
+$title()$
$for(include-before)$
$include-before$
diff --git a/title.tex b/title.tex
@@ -0,0 +1,40 @@
+\begin{titlepage}
+\pagecolor{darkgray}\afterpage{\nopagecolor}
+\color{white}
+\centering
+\vspace*{1cm}
+
+\includegraphics[width=0.4\textwidth]{evabits-white.png}\par\vspace{1cm} % Voeg je logo toe, indien gewenst
+
+\Huge
+\textbf{Verantwoordings- en Onderzoeksverslag}
+
+\vspace{0.5cm}
+\LARGE
+Stage bij EVAbits
+
+\vspace{1.5cm}
+
+\textbf{Friedel Schön}
+
+\vfill
+
+\Large
+Opdrachtgever: EVAbits \\
+Begeleider: Jan Stegenga en Erik Krallen, Kobus Bijker \\
+Hogeschool: Hanze Groningen \\
+Opleiding: HBO-ICT - Software Engineering
+
+\vspace{0.8cm}
+
+\Large
+\today
+
+\vspace{1cm}
+
+\begin{figure}[ht]
+ \centering
+ \includegraphics[width=0.3\textwidth]{hanze-white.png} % Voeg hier het logo van je hogeschool toe, indien gewenst
+\end{figure}
+
+\end{titlepage}
+\ No newline at end of file
