Una nueva metodologia para co-diseño de sistemas embebidos centrados en procesador usando FPGAs

Pedre, Sol

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	computacion
Título:	Una nueva metodologia para co-diseño de sistemas embebidos centrados en procesador usando FPGAs
Título alternativo:	A new co-design methodology for processor-centric embedded systems in FPGA-based chips
Autor:	Pedre, Sol
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Publicación en la Web:	2018-08-16
Fecha de defensa:	2013-05-17
Fecha en portada:	2013
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias de la Computación
Director:	Borensztejn, Patricia
Director Asistente:	Todorovich, Elias
Idioma:	Inglés
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5406_Pedre
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n5406_Pedre.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n5406_Pedre
Ubicación:	Dep.COM 005406
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Pedre, Sol. (2013). Una nueva metodologia para co-diseño de sistemas embebidos centrados en procesador usando FPGAs. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5406_Pedre

Resumen:

Hoy en día, los sistemas embebidos son partes vitales de equipos de comunicaciones,sistemas de transporte, plantas de energía, electrónica de consumo,robótica entre muchos otros. Su amplio campo de aplicación y lascrecientes complejidades de sus diseños torna esencial la propuesta de nuevasmetodologías, lenguajes y herramientas. El objetivo de esta tesis doctoral escontribuir al campo del co-diseño hardware/software de sistemas embebidos. Primero, presentamos el co-diseño de un sistema embebido de control aplicandoel flujo de diseño tradicional, que combina procesadores y circuitos integrados (ICs): el desarrollo de un nuevo mini-robot llamado ExaBot. Luego,introducimos un flujo de diseño tradicional para Field Programmable Gate Arrays (FPGA), y lo aplicamos a un problema de sensado remoto: procesar videoinfrarrojo en tiempo real en un UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Finalmente,de la observación de las dificultades en experiencias anteriores, y analizandolas tendencias y tecnologías actuales, proponemos una nueva metodología deco-diseño para sistemas embebidos centrados en procesador usando FPGAs. Este es un creciente y novedoso campo de los sistemas embebidos: durante 2011, tanto Xilinx como Altera (los dos fabricantes mas grandes de FPGAs)lanzaron nuevas familias de chips que combinan potentes procesadores ARMcon lógica programable de bajo consumo. El objetivo de la nueva metodología de co-diseño es lograr soluciones embebidasde tiempo real, utilizando aceleración por hardware, pero con un tiempode desarrollo similar al de proyectos de software. Para ello, combinamosmetodologías y herramientas bien establecidas del mundo del software, como Diseño Orientado a Objetos, UML, y programación multi-hilos, con nuevas tecnologías del mundo del hardware, como herramientas semi-automáticas parasíntesis de alto nivel. La metodología propuesta fue aplicada a un algoritmode localización de múltiples robots en un sistema de visión global. La soluciónembebida final procesa 32 imágenes de 1600 X 1200 píxeles por segundo, lograndouna aceleración de 16X con respecto a la solución de software másoptimizada, con un 43% de incremento en área pero un 92% de ahorro deenergía.

Abstract:

Embedded systems are nowadays vital parts of communication equipment,transportation systems, power plants, consumer electronics, robotics amongmany others. Their vast field of application and the growing complexitiesof their designs turn the proposal of new methodologies, languages and toolsessential. The goal of this thesis is to make such contributions in the field ofhardware/software co-design of embedded systems. First, we present the co-design of a control embedded system applying thetraditional flow in which processors and off-the-shelf Integrated Circuits (ICs)are combined: the development of a mini-robot called ExaBot. Secondly, weintroduce a traditional Field Programmable Gate Array design flow, and applyit to a remote sensing application that processes real-time video from aninfrared camera on an UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Finally, from theobservation of difficulties in previous experiences and analyzing current technologiesand trends, we propose a new co-design methodology for processorcentricembedded systems in FPGA-based chips. This is a growing and novelfield of embedded systems: during 2011, both Xilinx and Altera (the two leading FPGA vendors) launched new chip families that combine powerful ARMprocessor cores with low-power programmable logic. The goal of the proposed co-design methodology is to achieve real-timeembedded solutions, using hardware acceleration, but with development timesimilar to that of software projects. For this, well-established methodologiesand tools from the software domain, such as Object Oriented Design, Unified Modeling Language or multithreaded programming, are combined with newtechniques from the hardware world, like semi-automatic high level synthesistools. The proposed methodology was successfully applied to a multiple robotlocalization algorithm in a global vision system. The final embedded solutionprocesses 1600 X 1200 pixel images at 32 frames per second, achieving a 16Xacceleration with respect to the most optimized software solution, with a 43%increase in area but a 92% energy saving.

Citación:

---------- APA ----------

Pedre, Sol. (2013). Una nueva metodologia para co-diseño de sistemas embebidos centrados en procesador usando FPGAs. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5406_Pedre

---------- CHICAGO ----------

Pedre, Sol. "Una nueva metodologia para co-diseño de sistemas embebidos centrados en procesador usando FPGAs". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2013.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n5406_Pedre

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