FPGA-plattform för bildbehandling
Björkqvist, Mats Bo-Gustav (2017)
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tiivistelmä
I denna licentiatavhandling i automationsteknik planeras, förverkligas och testas en FPGA-plattform för bildbehandling, som fungerar som en bildbehandlingsserver på Ethernet och Internet. Plattformen kan utföra ett stort antal databehandlingsmetoder och -tillämpningar inom höghastighetskommunikation i realtid. Med hjälp av Altera- och Eclipse-verktygen, Terasics ALTERA DE3-utvecklingskort med Alteras Stratix III FPGA och HSMC-NET- och minneskort och VHDL-, Verilog-, C- och Assembler-programmeringsspråket skapas en 1 Gbps FPGA-plattform för bildbehandling.
Vidare behandlas till lösningen hörande begrepp, som en FPGA-plattform som ett inbyggt system, orsak till val av FPGA-hårdvara och förväntningarna på ett utvecklingskort. Viktiga verktyg, hjälpmedel och komponenter vid konstruktion av en bildbehandlingsplattform samt möjligheter för pipeline och parallellism kartläggs. Konstruktions- och implementeringsmetoder vid planering och konstruktion av hårdvara och mjukvara presenteras speciellt gränssnitt mellan hårdvara och mjukvara och deras verktygs roller i ett HW/SW Co-Design-system. Implementering av hårdvara och mjukvara, hårdvaran, moder-, dotter- och minneskortet med sammankopplingar och implementerade funktioner beskrivs. Mjukvaran beskrivs med implementerade mjukvarufunktionsgrupper såsom system start-up-, operativsystem-, bildbehandlings- och avbrottsrutiner.
Det utfördes manuella och prestandatester med plattformen. De manuella TCP- och UDP-testerna visar att alla kommandon och operationer fungerar korrekt i alla lager och på alla nivåer. Prestandatesterna visar att plattformen kan hantera både låg- och högbelastande TCP- och UDP-trafik med stigande och sjunkande längd på testdata. Alla tester visar samma struktur och trend för genomströmning. Maximigenomströmningen för plattformen är ca 7,5 Mbps med en Nios II/f-processor och arbetsfrekvens på 50 MHz.
Mitt bidrag har varit att bygga en mer omfattande funktionell mjukvara med hjälp av basprogramvara samt att bygga en omfattande funktionell hårdvara i IPS. Dessutom att bygga en omfattande funktionell testprogramvara för PC – alla med nödvändiga funktioner och komponenter.
Vidare behandlas till lösningen hörande begrepp, som en FPGA-plattform som ett inbyggt system, orsak till val av FPGA-hårdvara och förväntningarna på ett utvecklingskort. Viktiga verktyg, hjälpmedel och komponenter vid konstruktion av en bildbehandlingsplattform samt möjligheter för pipeline och parallellism kartläggs. Konstruktions- och implementeringsmetoder vid planering och konstruktion av hårdvara och mjukvara presenteras speciellt gränssnitt mellan hårdvara och mjukvara och deras verktygs roller i ett HW/SW Co-Design-system. Implementering av hårdvara och mjukvara, hårdvaran, moder-, dotter- och minneskortet med sammankopplingar och implementerade funktioner beskrivs. Mjukvaran beskrivs med implementerade mjukvarufunktionsgrupper såsom system start-up-, operativsystem-, bildbehandlings- och avbrottsrutiner.
Det utfördes manuella och prestandatester med plattformen. De manuella TCP- och UDP-testerna visar att alla kommandon och operationer fungerar korrekt i alla lager och på alla nivåer. Prestandatesterna visar att plattformen kan hantera både låg- och högbelastande TCP- och UDP-trafik med stigande och sjunkande längd på testdata. Alla tester visar samma struktur och trend för genomströmning. Maximigenomströmningen för plattformen är ca 7,5 Mbps med en Nios II/f-processor och arbetsfrekvens på 50 MHz.
Mitt bidrag har varit att bygga en mer omfattande funktionell mjukvara med hjälp av basprogramvara samt att bygga en omfattande funktionell hårdvara i IPS. Dessutom att bygga en omfattande funktionell testprogramvara för PC – alla med nödvändiga funktioner och komponenter.