ASIC microcontroller design of a radiation monitoring system using VHDL modeling and FPGA implementation

Three new technologies have been brought together to develop a miniaturized radiation monitoring system. The research involved (1) Investigation a new HgI$\sb2$ detector. (2) VHDL modeling. (3) FPGA implementation. (4) In-circuit Verification. The packages used included an EG&G's crystal(HgI$\sb2$) manufactured at zero gravity, the Viewlogic's VHDL and Synthesis, Xilinx's technology library, its FPGA implementation tool, and a high density device (XC4003A). The results show: (1) Reduced cycle-time between Design and Hardware implementation; (2) Unlimited Re-design and implementation using the static RAM technology; (3) Customer based design, verification, and system construction; (4) Well suited for intelligent systems. These advantages excelled conventional chip design technologies and methods in easiness, short cycle time, and price in medium sized VLSI applications. It is also expected that the density of these devices will improve radically in the near future. ^

A Specialized Processor for Emulating Peripherals of the PIC Microcontroller

This paper proposes and describes an architecture that allows the both engineer and programmer for defining and quantifying which peripheral of a microcontroller will be important to the particular project. For each application, it is necessary to use different types of peripherals. In this study, we have verified the possibility for emulating the behavior of peripheral in specifically CPUs. These CPUs hold a RAM memory, where code spaces specifically written for them could represent the behavior of some target peripheral, which are loaded and executed on it. We believed that the proposed architecture will provide larger flexibility in the use of the microcontrolles since this ""dedicated hardware components"" don`t execute to a special function, but it is a hardware capable to self adapt to the needs of each project. This research had as fundament a comparative study of four current microcontrollers. Preliminary tests using VHDL and FPGAs were done.

Codificador JPEG baseado em FPGA

O presente trabalho consiste na implementação em hardware de unidades funcionais dedicadas e optimizadas, para a realização das operações de codificação e descodificação, definidas na norma de codificação com perda Joint Photographic Experts Group (JPEG), ITU-T T.81 ISO/IEC 10918-1. Realiza-se um estudo sobre esta norma de forma a caracterizar os seus principais blocos funcionais. A finalidade deste estudo foca-se na pesquisa e na proposta de optimizações, de forma a minimizar o hardware necessário para a realização de cada bloco, de modo a que o sistema realizado obtenha taxas de compressão elevadas, minimizando a distorção obtida. A redução de hardware de cada sistema, codificador e descodificador, é conseguida à custa da manipulação das equações dos blocos Forward Discrete Cosine Transform (FDCT) e Quantificação (Q) e dos blocos Forward Discrete Cosine Transform (IDCT) e Quantificação Inversa (IQ). Com as conclusões retiradas do estudo e através da análise de estruturas conhecidas, descreveu-se cada bloco em Very-High-Speed Integrated Circuits (VHSIC) Hardware Description Language (VHDL) e fez-se a sua síntese em Field Programmable Gate Array (FPGA). Cada sistema implementado recorre à execução de cada bloco em paralelo de forma a optimizar a codificação/descodificação. Assim, para o sistema codificador, será realizada a operação da FDCT e Quantificação sobre duas matrizes diferentes e em simultâneo. O mesmo sucede para o sistema descodificador, composto pelos blocos Quantificação Inversa e IDCT. A validação de cada bloco sintetizado é executada com recurso a vectores de teste obtidos através do estudo efectuado. Após a integração de cada bloco, verificou-se que, para imagens greyscale de referência com resolução de 256 linhas por 256 colunas, é necessário 820,5 μs para a codificação de uma imagem e 830,5 μs para a descodificação da mesma. Considerando uma frequência de trabalho de 100 MHz, processam-se aproximadamente 1200 imagens por segundo.

Design of a Multiband Full-Rate Ultra-Wideband Receiver in FPGA

MultiBand OFDM (MB-OFDM) UWB [1] is a short-range promising wireless technology for high data rate communications up to 480 Mbps. In this paper, we have designed and implemented in an Virtex-6 FPGA an MB-OFDM UWB receiver for the highest data rate of 480 Mbps. To test the system, we have also implemented an MB-OFDM transmitter and an AWGN generator in VHDL and determined the bit error rates at the receiver running in an FPGA.

Controlador Boundary-Scan

A crescente complexidade dos sistemas electrónicos associada a um desenvolvimento nas tecnologias de encapsulamento levou à miniaturização dos circuitos integrados, provocando dificuldades e limitações no diagnóstico e detecção de falhas, diminuindo drasticamente a aplicabilidade dos equipamentos ICT. Como forma de lidar com este problema surgiu a infra-estrutura Boundary Scan descrita na norma IEEE1149.1 “Test Access Port and Boundary-Scan Architecture”, aprovada em 1990. Sendo esta solução tecnicamente viável e interessante economicamente para o diagnóstico de defeitos, efectua também outras aplicações. O SVF surgiu do desejo de incutir e fazer com que os fornecedores independentes incluíssem a norma IEEE 1149.1, é desenvolvido num formato ASCII, com o objectivo de enviar sinais, aguardar pela sua resposta, segundo a máscara de dados baseada na norma IEEE1149.1. Actualmente a incorporação do Boundary Scan nos circuitos integrados está em grande expansão e consequentemente usufrui de uma forte implementação no mercado. Neste contexto o objectivo da dissertação é o desenvolvimento de um controlador boundary scan que implemente uma interface com o PC e possibilite o controlo e monitorização da aplicação de teste ao PCB. A arquitectura do controlador desenvolvido contém um módulo de Memória de entrada, um Controlador TAP e uma Memória de saída. A implementação do controlador foi feita através da utilização de uma FPGA, é um dispositivo lógico reconfiguráveis constituído por blocos lógicos e por uma rede de interligações, ambos configuráveis, que permitem ao utilizador implementar as mais variadas funções digitais. A utilização de uma FPGA tem a vantagem de permitir a versatilidade do controlador, facilidade na alteração do seu código e possibilidade de inserir mais controladores dentro da FPGA. Foi desenvolvido o protocolo de comunicação e sincronização entre os vários módulos, permitindo o controlo e monitorização dos estímulos enviados e recebidos ao PCB, executados automaticamente através do software do Controlador TAP e de acordo com a norma IEEE 1149.1. A solução proposta foi validada por simulação utilizando o simulador da Xilinx. Foram analisados todos os sinais que constituem o controlador e verificado o correcto funcionamento de todos os seus módulos. Esta solução executa todas as sequências pretendidas e necessárias (envio de estímulos) à realização dos testes ao PCB. Recebe e armazena os dados obtidos, enviando-os posteriormente para a memória de saída. A execução do trabalho permitiu concluir que os projectos de componentes electrónicos tenderão a ser descritos num nível de abstracção mais elevado, recorrendo cada vez mais ao uso de linguagens de hardware, no qual o VHDL é uma excelente ferramenta de programação. O controlador desenvolvido será uma ferramenta bastante útil e versátil para o teste de PCBs e outras funcionalidades disponibilizadas pelas infra-estruturas BS.

Sistema de reconhecimento de impressões digitais baseado em FPGA

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Geração automática de controladores em FPGA integrando animação gráfica

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

A comparative analysis of fault injection methods via enhanced on-chip debug infrastructures

On-chip debug (OCD) features are frequently available in modern microprocessors. Their contribution to shorten the time-to-market justifies the industry investment in this area, where a number of competing or complementary proposals are available or under development, e.g. NEXUS, CJTAG, IJTAG. The controllability and observability features provided by OCD infrastructures provide a valuable toolbox that can be used well beyond the debugging arena, improving the return on investment rate by diluting its cost across a wider spectrum of application areas. This paper discusses the use of OCD features for validating fault tolerant architectures, and in particular the efficiency of various fault injection methods provided by enhanced OCD infrastructures. The reference data for our comparative study was captured on a workbench comprising the 32-bit Freescale MPC-565 microprocessor, an iSYSTEM IC3000 debugger (iTracePro version) and the Winidea 2005 debugging package. All enhanced OCD infrastructures were implemented in VHDL and the results were obtained by simulation within the same fault injection environment. The focus of this paper is on the comparative analysis of the experimental results obtained for various OCD configurations and debugging scenarios.

Projeto e implementação de um pré-regulador de fator de potência com controlo digital

Hoje em dia as fontes de alimentação possuem correção do fator de potência, devido às diversas normas regulamentares existentes, que introduziram grandes restrições no que respeita à distorção harmónica (THD) e fator de potência (FP). Este trabalho trata da análise, desenvolvimento e implementação de um Pré-Regulador de fator de potência com controlo digital. O controlo digital de conversores com recurso a processamento digital de sinal tem vindo a ser ao longo dos últimos anos, objeto de investigação e desenvolvimento, estando constantemente a surgirem modificações nas topologias existentes. Esta dissertação tem como objetivo estudar e implementar um Pré-Regulador Retificador Boost e o respetivo controlo digital. O controlo do conversor é feito através da técnica dos valores médios instantâneos da corrente de entrada, desenvolvido através da linguagem de descrição de hardware VHDL (VHSIC HDL – Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) e implementado num dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) Spartan-3E. Neste trabalho são apresentadas análises matemáticas, para a obtenção das funções de transferência pertinentes ao projeto dos controladores. Para efetuar este controlo é necessário adquirir os sinais da corrente de entrada, tensão de entrada e tensão de saída. O sinal resultante do módulo de controlo é um sinal de PWM com valor de fator de ciclo variável ao longo do tempo. O projeto é simulado e validado através da plataforma MatLab/Simulink e PSIM, onde são apresentados resultados para o regime permanente e para transitórios da carga e da tensão de alimentação. Finalmente, o Pré-Regulador Retificador Boost controlado de forma digital é implementado em laboratório. Os resultados experimentais são apresentados para validar a metodologia e o projeto desenvolvidos.

Petri nets based components within globally asynchronous locally synchronous systems

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e Computadores

SOFHIA: a CAD environment to design digital control systems

"Series Title: IFIP - The International Federation for Information Processing, ISSN 1868-4238"

Projecto de hardware digital orientado por objectos

Os limites entre os domínios do software e do hardware são cada vez mais ténues, pelo que técnicas inicialmente experimentadas no software têm vindo a ser gradualmente aplicadas no hardware. Este artigo pretende descrever o estado actual da utilização da tecnologia de programação orientada por objectos no projecto de hardware digital. São analisadas as vantagens e implicações quando se introduzem conceitos ligados à tecnologia orientada por objectos em projectos de hardware e é apresentado um exemplo utilizando uma das extensões orientadas por objectos da linguagem VHDL.

An evolutionary approach to the use of Petri net based models: from parallel controllers to HW/SW co-design

"A workshop within the 19th International Conference on Applications and Theory of Petri Nets - ICATPN’1998"

An object-oriented model for rapid prototyping of data path/control systems - a case study

Publicado em "Information control in manufacturing 1998 : (INCOM'98) : advances in industrial engineering : a proceedings volume from the 9th IFAC Symposium, Nancy-Metz, France, 24-26 June 1998. Vol. 2"