Засоби паралельної обробки даних на ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування
| dc.contributor.advisor | Клятченко, Ярослав Михайлович | |
| dc.contributor.author | Хуповець, Дмитро Юрійович | |
| dc.date.accessioned | 2019-03-13T17:01:03Z | |
| dc.date.available | 2019-03-13T17:01:03Z | |
| dc.date.issued | 2018-12 | |
| dc.description.abstracten | Relevance of the topic. Nowadays, there are a large number of branches of manufacture, where it is necessary to ensure a high level of reliability and safety using of critical objects. These are the spheres of the enterprise like: 1) the energy industry, namely nuclear power stations (NPP), thermal power stations (TPP), hydroelectric power stations (HPP); 2) enterprises with hazardous production, which have a high probability of man-made disasters; 3) space industry; 4) transport industry. The safety and reliability of using such objects of critical application depends on the level of automation of a particular industry. The level of automation depends on such indicators as: trouble-free operation of computing systems, the perfection of the architecture and software solutions, the fault tolerance of software and hardware parts, repair time, and the like. In the manufacture of digital integrated circuits (CIS), various electronic components are used. It is such component as: basic matrix crystals, highly specialized large integrated circuits (MIS), which are available in limited series, programmable logic controllers and others. A quite effective alternative to such a component is a programmable logic integrated circuit (PLIC). The PLIC is a special electronic component that is used when creating a CISS. PLIC is different from other CISS in that the logic of PLIC operation is not specified during its manufacture. To set a certain logic of PLIC operation, use such components as: programmers and debugging environments, which allows you to specify the desired structure of a digital device, namely in the form of a circuit diagram or software code created for special automated computer design systems (CAD). Modern PLICs have such characteristics as: quality of multiple reconfiguration, low manufacturing cost, low energy consumption, high speed. 15 The object of research is the methods of implementing parallel data processing on the basis of PLIC for monitoring objects of critical use. The subject of the research is the structure of a specialized software device of parallel data processing based on PLIC for monitoring critical objects. The purpose of the work is to determine the method of organizing and implementing parallel data processing based on FPGA for effective monitoring of critical applications. Research methods. The work uses the methods of mathematical description of the algorithm, methods of analysis and comparison the work of algorithms, computer self-engineering, the theory of organization of computational processes for creating specialized computer systems on FPGA. Scientific novelty: 1. Developed a mathematical description of the data processing algorithm for monitoring objects of critical application, which is different from the existing parallel execution of data processing. 2. Proposed a software - hardware implementation of a special device on the PLIC for parallel data processing when monitoring objects of critical application. The practical value of the results obtained in the work lies in the fact that the software and hardware implementation in proposed of the PLIC - based parallel data processing algorithm for monitoring objects of critical application. The main advantages are the creation a unique device of small size with greater performance and reliability.The high productivity of a computational tool, which implements an PLIC -based parallel data processing algorithm for monitoring objects of critical application, is due to the possibility of quickly modifying the operation of the algorithm by reprogramming the PLIC using special computer aided design (CAD) systems. The disadvantages of the implementation of such a computing device based on PLIC can be attributed to the limited number of logical elements. Approbation of work. The results of the work have been tested or are being published at conferences: 1. XI Conference of Young Scientists "Applied Mathematics and Computerizing" PMK-2018-2; 2. IV International Scientific and Technical Internet - Conference “Modern Methods, Information, Software -Technical Support of Management Systems of Organizational, Technical and Technological Complexes». Publications. The results of the work are published in 3 scientific papers, of which 3 are theses of the reports. Structure and scope of work. The master dissertation include: introduction, four chapters, conclusion and applications. In the introduction, given a general description of the work, completed a current state of the problem, justified the relevance of the research direction , formulated the purpose and objective of the research, shown the scientific novelty of the results obtained and the practical value of the work, given the information about testing of the results and their implementation. The first section reviewed some general information about PLIC; reviewed alternative electronic components, such as microcontrollers, microprocessors, single – chip computers, also reviewed and analyzed based characteristics of objects of critical use. In the second section, reviewed general information about PLIC, namely their classification and characteristics, reviewed the main families of PLIC, namely PLIC from leading companies Altera and Xilinx, reviewed classification and characteristics of the main families of PLICs by Xilinx. Determined the structural features each of the families. In the third section,reviewed, analyzed and reasonably the methods and types of organization of data processing on the PLIC; considered the basic design tools of the company XILINX; formulated requirements for CAD for designing a device for parallel processing of data on PLIC. The fourth section describes the steps of designing a based PLIC parallel data processing device for monitoring critical objects; proposed parallel data processing algorithm; proposed software and hardware implementation of based PLIC parallel data processing algorithm for monitoring critical objects. The conclusion analyzed the results of the work. Determined the conditions for which the implementation is developed. Also proposed ways to improve the developed method and recommendations for further study of the task. The appendices provide a block diagram of the architecture of the PLIC family, an internal CLB interconnection diagram, the architecture of the Xilinx Spartan-6 structural module, as well as a listing of programs and copies of publications. The work was done on 78 pages, contains 4 appendices and references to the list of references used from 26 titles. The work contains 33 figures and 3 tables. | uk |
| dc.description.abstractru | Актуальность темы. На сегодняшний день есть большое количество отраслей производства, где необходимо обеспечивать высокий уровень надежности и безопасности использования объектов критического применения. Это такие сферы предприятия как: 1. энергетическая отрасль, а именно атомные электростанции(АЭС), тепловые электростанции(ТЭС), гидроэлектростанции(ГЭС); 2. предприятия с опасным проиводством, которые имеют большую вероятность техногенных катастроф; 3. космическая отрасль; 4. транспортная отрасль. Безопасность и надежность использования таких объектов критического применения зависит от уровня автоматизированности определенной промышленности. Уровень автоматизации зависит от таких показателей, как: безотказность работы вычислительных систем, совершенство архитектуры и программных решений, отказоустойчивость программно – аппаратных частей, время ремонта и тому подобное. При производстве цифровых интегральных схем (ЦИС) используются различные электронные компоненты. Это такие компоненты, как: базовые матричные кристалы, узкоспециализированные большие интегральные схемы (УИС), которые выпускаются ограниченными сериями, программируемые логические контроллеры и другие. Достаточно эффективной альтернативой такого компонента является программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС). ПЛИС – это специальный электронный компонент, который используется при создании ЦИС. ПЛИС отличается от других ЦИС тем, что логика работы ПЛИС не задаётся при её изготовлении. Для задания определённой логики работы ПЛИС используют специальные программаторы и отладочные среды, что позволяет задать нужную структуру цифрового устройства, а именно в виде принципиальной схемы или программного кода, созданного блягодаря специальным системам автоматизированного проектировани (САПР). Соременные ПЛИС имеют такие характеристики, как: качество многократной переконфигурации, низкая стоимость изготовления, низкая энергия потребления , высокое быстродействие. Объектом исследования явлются способы реализации паралельной обработки данных на основе ПЛИС для мониторинга объектов критического использования. Предметом исследования является структура специализированного устройства параллельной обработки данных на основе ПЛИС для мониторинга объектов критического прменения. Цель работы – определение способа организации и реализации параллелльной обработки данных на основе ПЛИС для эффективного мониторинга критического применения. Методы исследования. В работе используются методы математического описания алгоритма, методы анализа и сравнения работы алгоритмов, компьютерной схемотехники, теории организации вычислительных процессов для создания специализированных компьютерных систем на ПЛИС. Научная новизна: 1. Разработано математическое описание алгоритма обработки данных для мониторинга объектов критичского применения, который отличается от существующих параллельностью выполнения обработки данных. 2. Предложено программно – аппаратную реализацию специального устройства на ПЛИС для параллельной обработки данных при мониторинге объектов критического применения. Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в том, что была предложена программно – аппаратная реализация алгоритма параллельной обработки данных на основе ПЛИС для мониторинга объектов критического применения. Основными преимуществами является создание уникального устройства небольших размеров с большей производительностью и надёжностью. Високая продуктивность вычислительного средства, что реализирует алгоритм параллельной обработки данных на основе ПЛИС для мониторинга объектов критического применения, обусловлена возмодностью быстрой модификации работы алгоритма путём перепрограммирования ПЛИС с помощью специальных систем автоматизированного проектирования (САПР). К недостаткам реализации такого вычислительного устройства на основе ПЛИС можна отнести ограниченность количества логических элементов. Апробация работы. Результаты работы прошли апробацию или находятся на стадии публикации на конференциях: 1. XI Конферениця молодых учённых «Прикладная математика и компьютеринг» ПМК-2018-2; 2. Международная научно–техническая Internet–конференция «Современные методы, информационное, программное и техническое обеспечение систем управления организационно–техническими и технологическими комплексами. Результаты работы опубликованы в 3 научных статьях, из которых 3 тезисы докладов. Структура и объем работы. Магистерская диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Во введении дано общая характеристика работы, выполнена оценка современного состояния проблемы, обоснована актуальность направления исследований, сформулированы цель и задачу исследований, показано научную новизну полученных результатов и практическую ценность работы, приведены сведения об апробации результатов и их внедрение. В первом разделе рассмотрены общие сведения о ПЛИС; рассмотрены альтернативные электронные компоненты, такие как микроконтроллеры, микропроцессоры, однокристальные компьютеры; рассмотрены и проанализированы основе характеристики объектов критического применения. Во втором разделе рассмотрены общие сведения про ПЛИС , а именно их классификация и характеристика, рассмотрены основные семейства ПЛИС, а именно ПЛИС от ведущих компаний Altera и Xilinx; рассмотрена классификация и характеристики основных семейств ПЛИС фирмы Xilinx. Определены структурные особенности каждого из семейств. В третьем разделе рассмотрены, проанализированы и обоснованно способы и виды организации обработки данных на ПЛИС; рассмотрены основные средства проектирования фирмы XILINX; сформулированы требования к САПР для проектирования устройства параллельной обработки данных на ПЛИС. В четвертом разделе описаны этапы проектирования устройства параллельной обработки данных на основе ПЛИС для мониторинга объектов критического применения; предложен алгоритм параллельной обработки данных; предложено программно-аппаратную реализацию алгоритма параллельной обработки данных на основе ПЛИС для мониторинга объектов критического применения. В выводах проанализированы полученные результаты работы. Определены условия, для которых разработана реализация является эффективной. Также предложены пути улучшения разработанного метода и рекомендации по дальнейшему исследованию поставленной задачи. В приложениях приведена структурная схема архитектуры семейства FPGA, внутренняя схема взаимосвязей CLB, архитектура структурного модуля Xilinx Spartan-6, а также листинг программ и копии публикаций. Работа выполнена на 78 листах, содержит 4 приложения и ссылки на список использованных литературных источников из 26 наименований. В работе приведены 33 рисунка и 3 таблицы. | uk |
| dc.description.abstractuk | Актуальність теми. На сьогодні є велика кількість галузей виробництва, де необхідно забезпечувати високий рівень надійності та безпеки використання об’єктів критичного застосування. Це такі сфери підприємства як: 1. енергетична галузь, а саме атомні електростанції (АЕС), теплові електростанції (ТЕС), гідро електростанції (ГЕС); 2. підприємства із небезпечним виробництвом, які мають велику ймовірність техногенних катастроф; 3. космічна галузь; 4. транспортна галузь. Безпека та надійність використання таких об’єктів критичного застосування залежить від рівня автоматизованості певної промисловості. Рівень автоматизованості залежить від таких показників, як безвідмовність роботи обчислювальних систем, довершеність архітектурних та програмних рішень, відмовостійкість програмно-апаратних частин, час ремонту тощо. При виробництві цифрових інтегральних схем (ЦІС) використовуються різні електронні компоненти. Це такі компоненти як базові матричні кристали, вузькоспеціалізовані великі інтегральні схеми (ВІС), які випускаються обмеженими серіями, програмовні логічні контролери тощо. Досить ефективною альтернативою такого компонента є програмовна логічна інтегральна схема (ПЛІС). ПЛІС – це спеціальний електронний компонент, який використовується при створенні ЦІС. ПЛІС відрізняється від інших ЦІС тим, що логіка роботи ПЛІС не задається при її виготовлені. Для задання певної логіки роботи ПЛІС використовують спеціальні програматори та налагоджувальні середовища, що дозволяє задати потрібну структуру цифрового пристрою, а саме у вигляді принципової схеми або програмного коду створеного завдяки спеціальним системам автоматизованого проектування (САПР). Сучасні ПЛІС мають такі характеристики, як властивість багаторазової переконфігурації, низька вартість виготовлення, низька енергія споживання, висока швидкодія. Об’єктом дослідження є способи реалізації паралельної обробки даних на основі ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування. Предметом дослідження є структура спеціалізованого пристрою паралельної обробки даних на основі ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування. Мета роботи – визначення способу організації та реалізації паралельної обробки даних на основі ПЛІС для ефективного моніторингу об’єктів критичного застосування. Методи дослідження. В роботі використовуються методи математичного опису алгоритму, методи аналізу та порівняння роботи алгоритмів, комп’ютерної схемотехніки, теорії організації обчислювальних процесів для створення спеціалізованих комп’ютерних систем на ПЛІС. Наукова новизна: 1. Розроблено математичний опис алгоритму обробки даних для моніторингу об’єктів критичного застосування, яка відрізняється від існуючих паралельністю виконання обробки даних. 2. Запропоновано програмно-апаратну реалізацію спеціального пристрою на ПЛІС для паралельної обробки даних при моніторингу об’єктів критичного застосування. Практична цінність отриманих в роботі результатів полягає в тому, що була запропонована програмно-апаратна реалізація алгоритму паралельної обробки даних на основі ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування. Основними перевагами є створення унікального пристрою невеликих розмірів із більшою продуктивністю і надійністю. Висока продуктивність обчислювального засобу, що реалізує алгоритм паралельної обробки даних на основі ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування, обумовлена можливістю швидкої модифікації роботи алгоритму шляхом перепрограмування ПЛІС за допомогою спеціальних систем автоматизованого проектування (САПР). До недоліків реалізації такого обчислювального пристрою на основі ПЛІС можна віднести обмеженість кількості логічних елементів. Апробація роботи. Результати роботи пройшли апробацію або знаходяться на стадії публікації на конференціях: 1. XI Конференція молодих вчених «Прикладна математика та комп’ютеринг» ПМК-2018-2; 2. IV Міжнародна науково-технічна Internet-конференція «Сучасні методи, інформаційне, програмне та технічне забезпечення систем керування організаційно-технічними та технологічними комплексами; Результати роботи опубліковані в 3 наукових працях, з яких 3 – тези доповідей. Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. У вступі надано загальну характеристику роботи, виконано оцінку сучасного стану проблеми, обґрунтовано актуальність напрямку досліджень, сформульовано мету і задачу досліджень, показано наукову новизну отриманих результатів і практичну цінність роботи, наведено відомості про апробацію результатів та їх впровадження. У першому розділі розглянуті загальні відомості про ПЛІС; розглянуті альтернативні електронні компоненти, такі як мікроконтролери, мікропроцесори, однокристальні комп’ютери; розглянуто та проаналізовано основі характеристики об’єктів критичного застосування. У другому розділі розглянуті загальні відомості про ПЛІС, а саме їх класифікації та характеристика; розглянуто основні сімейства ПЛІС, а саме ПЛІС від провідних компаній Altera та Xilinx; розглянуто класифікацію та характеристики основних сімейств ПЛІС фірми Xilinx. Визначені структурні особливості кожного із сімейств. У третьому розділі розглянуто, проаналізовано та обґрунтовано способи та види організації обробки даних на ПЛІС; розглянуто основні засоби проектування фірми XILINX; сформульовані вимоги до САПР для проектування пристрою паралельної обробки даних на ПЛІС. У четвертому розділі описані етапи проектування пристрою паралельної обробки даних на основі ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування; запропоновано алгоритм паралельної обробки даних; запропоновано програмно-апаратну реалізацію алгоритму паралельної обробки даних на основі ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування. У висновках проаналізовано отримані результати роботи. Визначено умови для яких розроблена реалізація є ефективною. Також запропоновано шляхи покращення розробленого метода та рекомендації щодо подальшого дослідження поставленої задачі. У додатках лістинг програмного коду VHDL реалізації алгоритму паралельної обробки даних на ПЛІС, лістинг програмного коду тестового об’єкту критичного застосування, текст публікацій, текст презентації. Робота виконана на 78 аркушах, містить 4 додатки та посилання на список використаних літературних джерел з 26 найменувань. У роботі наведено 33 рисунки та 3 таблиці. | uk |
| dc.format.page | 99 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Хуповець, Д. Ю. Засоби паралельної обробки даних на ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія. Спеціалізовані комп’ютерні системи / Хуповець Дмитро Юрійович. – Київ, 2018. – 99 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/26724 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | пристрій паралельної обробки даних на ПЛІС | uk |
| dc.subject | об’єкт критичного застосування | uk |
| dc.subject | Xilinx | uk |
| dc.subject | FPGA | uk |
| dc.subject | Spartan-3 | uk |
| dc.subject | САПР | uk |
| dc.subject | WEBPACK ISE | uk |
| dc.subject | Verilog | uk |
| dc.subject | VHDL | uk |
| dc.subject | parallel processing device for FPGA | uk |
| dc.subject | critical application object | uk |
| dc.subject | Xilinx | uk |
| dc.subject | FPGA | uk |
| dc.subject | Spartan-3 | uk |
| dc.subject | CAD | uk |
| dc.subject | WEBPACK ISE | uk |
| dc.subject | Verilog | uk |
| dc.subject | VHDL | uk |
| dc.subject | устройство параллельной обработки данных на ПЛИС | uk |
| dc.subject | объект критического применения | uk |
| dc.subject.udc | 004.31 | uk |
| dc.title | Засоби паралельної обробки даних на ПЛІС для моніторингу об’єктів критичного застосування | uk |
| dc.type | Master Thesis | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Вантажиться...
- Назва:
- Khupovets_magistr.pdf
- Розмір:
- 1.96 MB
- Формат:
- Adobe Portable Document Format
- Опис:
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 9.06 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: