Yleiskäyttöisen FPGA-moduulin sekä sovelluskohtaisen emolevyn suunnittelu, toteutus ja testaus

Diplomityö

Petteri Aitta

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

Abstract

VTT:n Optisten laitteiden ja mittausratkaisujen osaamiskeskuksessa käytetään usein mittaus- ja ohjaussovelluksissa modulaarisia järjestelmiä. Modulaarisuus tuo suuret edut tutkimuksessa, koska aikaisemmin suunniteltuja osia pystytään vaivattomasti käyttämään uudelleen ja näin voidaan tehokkaammin keskittyä uuden tekniikan kehitykseen. Kehitettävät järjestelmät vaativat usein reaaliaikaista ohjausta ja mittatiedonkäsittelyä, mihin on yleensä käytetty kaupallisia FPGA-moduuleja. Kehitettävässä uudessa mittausjärjestelmässä on tarve tehokkaammalle FPGA-piirille kuin mitä edellisessä järjestelmän versiossa oli käytössä. Havaittiin myös, että aiemmin käytössä olleen kaupallisen FPGA-moduulin kehitys on lopetettu. Myöskään toista sopivaa kaupallista moduulia ei kyetty löytämään, joten todettiin jatkon kannalta olevan parasta kehittää uusi moduuli talon sisäisesti. Tällä katsottiin lisäksi varmistettavan tulevaisuudessa uusien moduulien kehitys ja niiden keskinäinen yhteensopivuus. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin Alteran Cyclone III FPGA -piiriin pohjautuva yleiskäyttöinen ja skaalautuva FPGA-moduulin prototyyppi, joka on tarkoitettu soveltumaan erityisesti ohjelmistoprosessoreja hyödyntäviin mittaus- ja ohjaussovelluksiin. Tavoitteina moduulin kehitystyössä olivat yleiskäyttöisyys, pieni koko, soveltuvuus teollisuuden olosuhteisiin sekä alhainen hintataso. Lisäksi työssä suunniteltiin ja toteutettiin tätä moduulia hyödyntävän myöhemmin kehitettävän mittausjärjestelmän vaatimuksia vastaava emolevy. Työssä tehtiin myös kattava testaus suunnitellulle moduulille ja emolevylle erilaisilla FPGA-konfiguraatioilla. Työn tuloksena saatiin toimiva, mutta lisäkehitystä tarvitseva prototyyppi FPGA-moduulista ja toimiva sovelluskohtainen emolevy. Lisäksi työssä pohdittiin tarvittavia kehityskohteita seuraavaa FPGA-moduulin versiota varten.
Original languageFinnish
QualificationMaster Degree
Awarding Institution
  • University of Oulu
Place of PublicationOulu
Publisher
Publication statusPublished - 2010
MoE publication typeG2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Keywords

  • Modulaarinen järjestelmä
  • ohjelmistoprosessori
  • System-on-Module

Cite this

@phdthesis{e56c847a5f094db0b99c804a693015d4,
title = "Yleisk{\"a}ytt{\"o}isen FPGA-moduulin sek{\"a} sovelluskohtaisen emolevyn suunnittelu, toteutus ja testaus: Diplomity{\"o}",
abstract = "VTT:n Optisten laitteiden ja mittausratkaisujen osaamiskeskuksessa k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n usein mittaus- ja ohjaussovelluksissa modulaarisia j{\"a}rjestelmi{\"a}. Modulaarisuus tuo suuret edut tutkimuksessa, koska aikaisemmin suunniteltuja osia pystyt{\"a}{\"a}n vaivattomasti k{\"a}ytt{\"a}m{\"a}{\"a}n uudelleen ja n{\"a}in voidaan tehokkaammin keskitty{\"a} uuden tekniikan kehitykseen. Kehitett{\"a}v{\"a}t j{\"a}rjestelm{\"a}t vaativat usein reaaliaikaista ohjausta ja mittatiedonk{\"a}sittely{\"a}, mihin on yleens{\"a} k{\"a}ytetty kaupallisia FPGA-moduuleja. Kehitett{\"a}v{\"a}ss{\"a} uudessa mittausj{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a} on tarve tehokkaammalle FPGA-piirille kuin mit{\"a} edellisess{\"a} j{\"a}rjestelm{\"a}n versiossa oli k{\"a}yt{\"o}ss{\"a}. Havaittiin my{\"o}s, ett{\"a} aiemmin k{\"a}yt{\"o}ss{\"a} olleen kaupallisen FPGA-moduulin kehitys on lopetettu. My{\"o}sk{\"a}{\"a}n toista sopivaa kaupallista moduulia ei kyetty l{\"o}yt{\"a}m{\"a}{\"a}n, joten todettiin jatkon kannalta olevan parasta kehitt{\"a}{\"a} uusi moduuli talon sis{\"a}isesti. T{\"a}ll{\"a} katsottiin lis{\"a}ksi varmistettavan tulevaisuudessa uusien moduulien kehitys ja niiden keskin{\"a}inen yhteensopivuus. T{\"a}ss{\"a} diplomity{\"o}ss{\"a} suunniteltiin ja toteutettiin Alteran Cyclone III FPGA -piiriin pohjautuva yleisk{\"a}ytt{\"o}inen ja skaalautuva FPGA-moduulin prototyyppi, joka on tarkoitettu soveltumaan erityisesti ohjelmistoprosessoreja hy{\"o}dynt{\"a}viin mittaus- ja ohjaussovelluksiin. Tavoitteina moduulin kehitysty{\"o}ss{\"a} olivat yleisk{\"a}ytt{\"o}isyys, pieni koko, soveltuvuus teollisuuden olosuhteisiin sek{\"a} alhainen hintataso. Lis{\"a}ksi ty{\"o}ss{\"a} suunniteltiin ja toteutettiin t{\"a}t{\"a} moduulia hy{\"o}dynt{\"a}v{\"a}n my{\"o}hemmin kehitett{\"a}v{\"a}n mittausj{\"a}rjestelm{\"a}n vaatimuksia vastaava emolevy. Ty{\"o}ss{\"a} tehtiin my{\"o}s kattava testaus suunnitellulle moduulille ja emolevylle erilaisilla FPGA-konfiguraatioilla. Ty{\"o}n tuloksena saatiin toimiva, mutta lis{\"a}kehityst{\"a} tarvitseva prototyyppi FPGA-moduulista ja toimiva sovelluskohtainen emolevy. Lis{\"a}ksi ty{\"o}ss{\"a} pohdittiin tarvittavia kehityskohteita seuraavaa FPGA-moduulin versiota varten.",
keywords = "Modulaarinen j{\"a}rjestelm{\"a}, ohjelmistoprosessori, System-on-Module",
author = "Petteri Aitta",
note = "TK612 Oulun yliopisto, s{\"a}hk{\"o}- ja tietotekniikan osasto",
year = "2010",
language = "Finnish",
publisher = "University of Oulu",
address = "Finland",
school = "University of Oulu",

}

Yleiskäyttöisen FPGA-moduulin sekä sovelluskohtaisen emolevyn suunnittelu, toteutus ja testaus : Diplomityö. / Aitta, Petteri.

Oulu : University of Oulu, 2010. 82 p.

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

TY - THES

T1 - Yleiskäyttöisen FPGA-moduulin sekä sovelluskohtaisen emolevyn suunnittelu, toteutus ja testaus

T2 - Diplomityö

AU - Aitta, Petteri

N1 - TK612 Oulun yliopisto, sähkö- ja tietotekniikan osasto

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - VTT:n Optisten laitteiden ja mittausratkaisujen osaamiskeskuksessa käytetään usein mittaus- ja ohjaussovelluksissa modulaarisia järjestelmiä. Modulaarisuus tuo suuret edut tutkimuksessa, koska aikaisemmin suunniteltuja osia pystytään vaivattomasti käyttämään uudelleen ja näin voidaan tehokkaammin keskittyä uuden tekniikan kehitykseen. Kehitettävät järjestelmät vaativat usein reaaliaikaista ohjausta ja mittatiedonkäsittelyä, mihin on yleensä käytetty kaupallisia FPGA-moduuleja. Kehitettävässä uudessa mittausjärjestelmässä on tarve tehokkaammalle FPGA-piirille kuin mitä edellisessä järjestelmän versiossa oli käytössä. Havaittiin myös, että aiemmin käytössä olleen kaupallisen FPGA-moduulin kehitys on lopetettu. Myöskään toista sopivaa kaupallista moduulia ei kyetty löytämään, joten todettiin jatkon kannalta olevan parasta kehittää uusi moduuli talon sisäisesti. Tällä katsottiin lisäksi varmistettavan tulevaisuudessa uusien moduulien kehitys ja niiden keskinäinen yhteensopivuus. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin Alteran Cyclone III FPGA -piiriin pohjautuva yleiskäyttöinen ja skaalautuva FPGA-moduulin prototyyppi, joka on tarkoitettu soveltumaan erityisesti ohjelmistoprosessoreja hyödyntäviin mittaus- ja ohjaussovelluksiin. Tavoitteina moduulin kehitystyössä olivat yleiskäyttöisyys, pieni koko, soveltuvuus teollisuuden olosuhteisiin sekä alhainen hintataso. Lisäksi työssä suunniteltiin ja toteutettiin tätä moduulia hyödyntävän myöhemmin kehitettävän mittausjärjestelmän vaatimuksia vastaava emolevy. Työssä tehtiin myös kattava testaus suunnitellulle moduulille ja emolevylle erilaisilla FPGA-konfiguraatioilla. Työn tuloksena saatiin toimiva, mutta lisäkehitystä tarvitseva prototyyppi FPGA-moduulista ja toimiva sovelluskohtainen emolevy. Lisäksi työssä pohdittiin tarvittavia kehityskohteita seuraavaa FPGA-moduulin versiota varten.

AB - VTT:n Optisten laitteiden ja mittausratkaisujen osaamiskeskuksessa käytetään usein mittaus- ja ohjaussovelluksissa modulaarisia järjestelmiä. Modulaarisuus tuo suuret edut tutkimuksessa, koska aikaisemmin suunniteltuja osia pystytään vaivattomasti käyttämään uudelleen ja näin voidaan tehokkaammin keskittyä uuden tekniikan kehitykseen. Kehitettävät järjestelmät vaativat usein reaaliaikaista ohjausta ja mittatiedonkäsittelyä, mihin on yleensä käytetty kaupallisia FPGA-moduuleja. Kehitettävässä uudessa mittausjärjestelmässä on tarve tehokkaammalle FPGA-piirille kuin mitä edellisessä järjestelmän versiossa oli käytössä. Havaittiin myös, että aiemmin käytössä olleen kaupallisen FPGA-moduulin kehitys on lopetettu. Myöskään toista sopivaa kaupallista moduulia ei kyetty löytämään, joten todettiin jatkon kannalta olevan parasta kehittää uusi moduuli talon sisäisesti. Tällä katsottiin lisäksi varmistettavan tulevaisuudessa uusien moduulien kehitys ja niiden keskinäinen yhteensopivuus. Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin Alteran Cyclone III FPGA -piiriin pohjautuva yleiskäyttöinen ja skaalautuva FPGA-moduulin prototyyppi, joka on tarkoitettu soveltumaan erityisesti ohjelmistoprosessoreja hyödyntäviin mittaus- ja ohjaussovelluksiin. Tavoitteina moduulin kehitystyössä olivat yleiskäyttöisyys, pieni koko, soveltuvuus teollisuuden olosuhteisiin sekä alhainen hintataso. Lisäksi työssä suunniteltiin ja toteutettiin tätä moduulia hyödyntävän myöhemmin kehitettävän mittausjärjestelmän vaatimuksia vastaava emolevy. Työssä tehtiin myös kattava testaus suunnitellulle moduulille ja emolevylle erilaisilla FPGA-konfiguraatioilla. Työn tuloksena saatiin toimiva, mutta lisäkehitystä tarvitseva prototyyppi FPGA-moduulista ja toimiva sovelluskohtainen emolevy. Lisäksi työssä pohdittiin tarvittavia kehityskohteita seuraavaa FPGA-moduulin versiota varten.

KW - Modulaarinen järjestelmä

KW - ohjelmistoprosessori

KW - System-on-Module

M3 - Master's thesis

PB - University of Oulu

CY - Oulu

ER -