Tekrar düzenlenebilir işlem kartı tasarımı
Design of a reconfigurable computing board
- Tez No: 100995
- Danışmanlar: PROF.DR. HAKAN KUNTMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2000
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
TEKRAR DÜZENLENEBİLİR İŞLEM KARTI TASARIMI ÖZET Bu çalışmada, bilgisayarlarda veya iş istasyonlarında performans artışı sağlamak ve uygulama çeşitliliği getirmek üzere, tekrar düzenlenebilir işlem kartı (reconfigurable computing board) tasarımı yapılmıştır. Kart, uygulamanın gerektirdiği sayısal tasarımın (digital design) koşabileceği, programlanabilir devre elemanları, bilgisayar arayüzü, kalıcı ve uçucu bellek elemanları gibi temel birimler içermektedir. Bilgisayarın sınırlı donanım ve sınırlı performans özelliklerini arttırmak için kullanılabilmesi amaçlanmıştır. Her türlü sayısal tasarımın gerçeklenebilmesi için esnek ve modüler yapıda oluşturulmuştur. Kullanıcı tarafından koşması istenilen sayısal tasarım, yazılım yoluyla karta aktanlabilmektedir. Kart bu tasarıma göre yeniden programlanmakta ve yüklenen program, donanım üzerinde, yüksek performanslı şekilde koşmaktadır. Bu özellik ile yazılımın esnekliği ve donanımın hızı birleştirilmiştir. Kart gerçeklenirken, kullanıcıya sahada programlama olanağı veren kapı dizilerinden, FPGA (field programmable gate array) elemanı kullanılmıştır. Günümüzde FPGA üreten birçok firma bulunmaktadır. FPGA' de koşacak program, uygulamaya göre değişecebileceğinden, SRAM (static random access) tabanlı, sınırsız programlama yeteneği olan ve kendi sınıfında benzerlerinden üstün olan FPGA ailesi (Xilinx firması 4000 XLA ailesi) tercih edilmiştir. Kartın bilgisayar ile arayüzü, endüstri standardı olmuş veri yolu olan PCI (peripheral component interconnect) veri yoluyla sağlanmıştır. PCI veri yolunun çeşitli türevleri arasından gerçekleme kolaylığı, yaygınlığı ve üstün performans özellikleri nedeniyle 32 bit / 33 MHz veri yolu tercih edilmiştir. Kart üzerinde, FPGA' in programının saklanabileceği kalıcı bellek (flash memory) ve uygulama gerektirdiği takdirde kullanılabilecek yüksek kapasiteli uçucu bellek (sram memory) elemanı kullanılmıştır. Yazılım ile kalıcı belleğe erişerek, FPGA programının, uygulamanın gerektirdiği şekilde ve defalarca değiştirilmesi mümkündür. Kart ile akla gelebilecek, her türlü sayısal donanım uygulamaları ile bilgisayar üzerinde koşan yazılım uygulamaları gerçeklenebilir. Gerçeklenecek tasannu, f(x) fonksiyonu gibi düşünürsek; verilen bir x değişkenini donanımın getirdiği avantajla hızlı bir şekilde işleyerek f(x) elde eden kart, bir sonraki aşamada, yazılım tarafından belirlenen başka bir f(x) için kullanılabilir. Çeşitli matematik fonksiyonların hızlı gerçeklenmesi yoluyla donanım tabanlı hızlandırıcı (hardware accelerator) olarak çalıştırılabilir. Örneğin; büyük tamsayıların çarpımı gibi uygulamalarda kullanılabilir. FPGA, bu iş için özel olarak tasarlanacağından, birkaç nano saniyeler mertebesinde çarpma işlemini bitirecektir. Sadece, çarpım terimlerinin ve sonucun karta yazılması ve okunması işlemleri zaman alacaktır. Kart ile, standart bilgisayarlarda bulunmayan donanım yapılan da oluşturmak mümkündür. Örneğin, standart bilgisayarlarda 2 adet bulunan asenkron seri haberleşme birimleri, COMİ ve COM2, FPGA' in kapı sayısı izin verdiği ölçüde, istenilen sayıda gerçeklenebilir. Bunun yanında, seri haberleşme birimine senkron olma ve bu sayede dış dünyadan kendi referans saati ile gelen verilerin bilgisayara alınması özelliği eklenebilir. Yükanda bahsedilen f(x), mpeg gibi çeşitli kod dönüşüm işlemlerinde ve özel algoritmalann gerçeklenmesinde kullanılabilir. Kart, herhangi bir sayısal tümdevrenin prototip geliştirme sürecinde de geşiltirme ortamı olarak değerlendirilebilir. Tasarlanan sayısal donanım, yazılım yoluyla FPGA' e vıyüklendikten sonra, yine yazılım yoluyla, çeşitli test vektörleri yazılarak ve sonuçlar okunarak test edilebilir. Görüldüğü gibi, tekrar düzenlenebilir işlem kartının kullanılabileceği uygulama alanları çok geniştir. Kartın performans değerlendirmesi için, iki adet örnek tasarım gerçeklenmiştir. Bunlar seri haberleşme birimi ile şifreleme birimi uygulamalarıdır. Yapılan testler ile tasarlanan kartın, bu uygulamaları başarılıyla gerçeklediği görülmüştür. Tasarım, hiçbir uygulamaya kısıtlama getirmeyecek şekilde esnek ve geliştirilebilir yapıda oluşturulmuştur. Bu çalışma, tekrar düzenlenebilirlik (reconfigurability) konusunda gelecek çalışmalara örnek olacaktır. vıı
Özet (Çeviri)
DESIGN OF A RECONFIGURABLE COMPUTING BOARD SUMMARY In this thesis, an FPGA based reconfigurable computing board has been designed and implemented to improve the computing performance on computers and work stations. It can be used to obtain various applications also. The board has some basic building blocks like programmable components which various applications can be required, volatile and non-volatile memories and computer interface. The aim to design the card is to develop the computers' restricted performance and limited resources. It has been designed in a flexible and modular approach. Desired digital design to work, is transferred to non-volatile memory on board by software. Board is programmed by itself with the new transferred design and works at high speed. This property, combines software's flexibility and hardware's speed. FPGA is used as a main digital processing element on the board. At the same time, it is used to provide the industry standart PCI bus interface between the board and computer. FPGA gives a chance to user to change the design in field. There are a lot of companies producing FPGAs. As the designs can be changed with various applications, it is prefered to use SRAM based FPGA which has more superior features than similar ones in the market. There are many different types of PCI bus in industry. In this thesis, a type of PCI bus standard has been choosen which has 32 bit, 33 MHz data path and high performance specifications. There is a non- volatile memory on the board for keeping the FPGA' s program and a volatile memory group for the applications reguire large size and high speed memories. It is possible to access the non- volatile memory to change the FPGA' s design for several times, so that the desired applications can be implemented on the board. It is possible to implement every digital design and every software routine on the board. If we suppose the board's function is f(x), the board process a given x variable to get the f(x) at very high speed as it uses the specific designs running on hardware. At the next step the board can be programmed by software to implement an other f(x) function. The board can be used as a hardware accelerator when implementing some kind of mathematical functions. For example, if it is used to multiply the large size of integer numbers, the multiplication process takes only a few nano seconds. The main time consuming process will be the writing inputs and reading outputs for the multiplier operant. General purpose hardware architectures which are not present at sufficent number on standard computer systems can be implemented also. For instance, needed amount of serial communication unit can be performed. FPGA' s gate count determines the amount of the units. Serial communication units can work with additional features like synchronous data transportation. By this way, datas coming form the outside of the computer with their own reference clocks could be received and transmitted. Above mentioned f(x) function, may be some special purpose algorithms like mpeg transformation or zip data compression. The board can be used like a prototype developing media for any kind of digital design circuit. Designed circuit is loaded to the FPGA and tested by software by applying test vectors and reading the results from the outputs of the tested design. In conclusion, it is clear that the reconfigurable computing board's application area is very wide. In this thesis two sample application have been implemented on the board. These are serial communication unit and encryption unit applications. Designs have been tested and succesful results has been taken. The board design is very viaflexible and has an expandable architecture for implementing every kind of digital design applications. This thesis will be a reconfigurable computing board sample for next works. IX
Benzer Tezler
- Sahada programlanabilir kapı dizileri kullanılarak sayısal tasarım kartı gerçeklenmesi
Implementation of a digital design board by using field programmable gate arrays
İSMAİL HAKKI TOPÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ECE OLCAY GÜNEŞ
- Generating web service tests during behavior-driven development
Web servis testlerinin davranış-odaklı geliştirme esnasında üretilmesi
AHMET FURKAN ORUÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TOLGA OVATMAN
- Fotovoltaik sistemlerde FPGA kullanım
Using of FPGA in the photovoltaic systems
AZİZ GÜNEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZCAN ATLAM
- Yapay sinir ağlarında öğrenme algoritmalarının analizi
Analysis of learning algorithms in neural networks
SEVİNÇ BAKLAVACI
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. LEYLA GÖREN
- Çevre olgusunun personel politikalarındaki yeri
Başlık çevirisi yok
REHA ULUHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1988
İşletmeİstanbul ÜniversitesiPersonel Yönetimi ve Endüstri İlişkileri Anabilim Dalı