The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.7
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pp.1418-1423
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2009
This paper describes the design and implementation of a System-on-a-Chip (SoC) for image processing applications to use in wearable/mobile products. The target Soc consists of LEON 2 core, AMBA/APB bus-systems and custom-designed controllers. A new FPGA-based prototyping platform is implemented and used for design and verification of the target SoC. To ensure that the implemented SoC satisfies the required performances, an image processing application is performed.
Education equipment for field programmable gate array (FPGA) design of sensor-based IOT (Internet Of Thing) system is introduced. Because sensors have different interfaces, several types of interface controller on FPGA need. Using this equipment, several types of interface controller, which can control ADC (analog-to-digital converter) for analog sensor outputs and $I^2C$ (Inter-Integrated Circuit), SPI (Serial Peripheral Interface Bus), and GPIO (General-Purpose Input/Output) for digital sensor outputs, can be designed on FPGA. Image processing hardware using image sensors and display controller for real and image-processed images or videos can be design on FPGA chip. This equipment can design a SOC (System On Chip) consisting of a hard process core on Linux OS and a FPGA block for IOT system which can communicate with wire and wireless networks. Using the education equipment, an example of hardware design using image sensor and accelerometer is described, and an example of syllabus for "Digital system design using FPGA" course is introduced. Using the education equipment, students can develop the ability to design some hardware, and to train the ability for the creative capstone design through conceptual, partial-level, and detail designs.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.44
no.2
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pp.86-94
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2007
The NoC (network-on-chip) approach is a promising solution to the increasing complexity of on-chip communication problems because of its high scalability. But, NoC applications generally consume a lot of power, because they require a large design space to accommodate many parallel IPs and network communication channels. It is not easy to analyze the power consumption of NoC applications with conventional simulation methods using simple power models. In addition, there are also many limitations in using sophisticated simulation models because they require long execution time and large efforts. In this paper, we apply a cycle-accurate energy measurement technique and tool to the FPGA prototypes, which are generally used to verify the correctness of SoC designs, as a practical indication of the power consumption of real NoC applications. An NoC-based JPEG encoder implementation is used as a case study to demonstrate the effectiveness of our approach.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.6
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pp.850-858
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2022
To deploy Gate Recurrent Units (GRU) on resource-constrained embedded devices, this paper presents a reconfigurable FPGA-based GRU accelerator that enables structured compression. Firstly, a dense GRU model is significantly reduced in size by hybrid quantization and structured top-k pruning. Secondly, the energy consumption on external memory access is greatly reduced by the proposed reuse computing pattern. Finally, the accelerator can handle a structured sparse model that benefits from the algorithm-hardware co-design workflows. Moreover, inference tasks can be flexibly performed using all functional dimensions, sequence length, and number of layers. Implemented on the Intel DE1-SoC FPGA, the proposed accelerator achieves 45.01 GOPs in a structured sparse GRU network without batching. Compared to the implementation of CPU and GPU, low-cost FPGA accelerator achieves 57 and 30x improvements in latency, 300 and 23.44x improvements in energy efficiency, respectively. Thus, the proposed accelerator is utilized as an early study of real-time embedded applications, demonstrating the potential for further development in the future.
원전 디지털 계측제어시스템에서 공통원인고장(Common cause failure)의 발생 가능성이 증가함에 따라 이를 방지하기 위해 프로그래머블 논리소자(Field Programmable Gate Array)를 이용한 제어기가 개발되어 활용되고 있다. 그러나, FPGA-기반의 제어기를 구현하는데 사용되는 하드웨어 기술 언어는 그래픽 언어를 이용한 PLC 기반의 개발을 하던 대부분의 원전 계측제어 엔지니어에게 친숙하지 않아 제어기의 구현에 어려움이 있다. 따라서 엔지니어에게 친숙한 그래픽 언어를 이용하여 FPGA 용 제어 프로그램을 작성할 수 있는 통합개발환경이 필요하다. 본 논문에서 구현한 VerilogLinker 는 제어프로그램의 개발을 위한 통합개발환경의 일부로 통합개발환경을 이용한 제어 프로그램의 개발과정 중에서 생성된 Verilog 파일을 FPGA 공급자가 제공하는 상용 소프트웨어인 Libero SoC 와 연결하는 기능을 제공한다.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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v.33A
no.5
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pp.180-187
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1996
This paper describes a post-layout simulation method using VHDL and C for verifying the architecture of antifuse-based FPGAs and the dedicated CAD system. An antifuse-based FPGA consists of programming circuitry including decoding logic, logic modules, segmented tracks, antifuses and I/O pads. The VHDL model which includes all these elements is used for logic verification and programming verification of the implemented circuit by reconstructing the logic circuit from the bit-stream generated from layout tool. The implemented circuit comprises of logic modules and routing networks. Since the routing delay of the complex networks is comparable to the delay of the logic module in the FPGA, the accurate post-layout simulation is essential to the FPGA system. In this paper, the C program calculates the delay of the routing netowrks using SPICE, elmore or horowitz delay models and the results feedback to the VHDL simulation. Critical path anc be found from this post-layout simulation results.
This article presents a security module based on a field programmable gate array (FPGA) to mitigate man-in-the-middle cyber attacks. Nowadays, the FPGA is considered to be the state of the art in nuclear power plants I&C systems due to its flexibility, reconfigurability, and maintainability of the FPGA technology; it also provides acceptable solutions for embedded computing applications that require cybersecurity. The proposed FPGA-based security module is developed to mitigate information-gathering attacks, which can be made by gaining physical access to the network, e.g., a man-in-the-middle attack, using a cryptographic process to ensure data confidentiality and integrity and prevent injecting malware or malicious data into the critical digital assets of a nuclear power plant data communication system. A model-based system engineering approach is applied. System requirements analysis and enhanced function flow block diagrams are created and simulated using CORE9 to compare the performance of the current and developed systems. Hardware description language code for encryption and serial communication is developed using Vivado Design Suite 2017.2 as a programming tool to run the system synthesis and implementation for performance simulation and design verification. Simple windows are developed using Java for physical testing and communication between a personal computer and the FPGA.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.2
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pp.288-294
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2011
In this paper, the FPGA-based SoC board (Xilinx Virtex-4 ML401 EVM) is adopted to control electrical power inverter system. For marine application, its performance is shown on PC-based system for monitoring electrical characteristics of a power inverter using by the NMEA 2000 protocol. This power inverter system is achieved in Real-Time monitoring and control by dual micro-processor operation on embedded FPGA-based SoC board. One micro processor is for control (Control processor) electrical power inverter using by PWM signal. And the other microprocessor (Communication processor) is for communication with PC-based monitoring system. The two-processor is communicating each other using by dual-port ram (DPRAM). PC-based system user can control and monitor information of the electrical power inverter via NMEA 2000 based communication processor. Control and monitoring information includes the inverter status and configuration. SoC board converts this information to Parameter Group Numbers (PGNs) in the NMEA 2000 protocol. This system can be applied to marine power electronics for distributed power generation, transmission or regulation systems on the ship.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.24
no.1
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pp.97-101
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2024
In this paper, we present the implementation of proton beam irradiation test logic and test results for Xilinx's RFSoC FPGA. In addition to the FPGA function, RFSoC is a chip that integrates CPU, ADC, and DAC and is attracting attention in the defense and space industries aimed at reducing the size of the chip. In order to use these chips in a space environment, an analysis of radiation effects was required and radiation mitigation measures were required. Through the proton irradiation test, the logic to measure the radiation effect of RFSoC was designed. Logic for comparing values stored in memory with normal values was implemented, and protons were irradiated to RFSoC to measure SEU generated in the block memory area. To alleviate the occurrence of SEU in other areas, TMR and SEM were applied and designed. Through the test results, we intend to verify this test configuration and establish an environment in which logic design for satellites can be verified in the future.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.9
no.2
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pp.55-61
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2013
A field-programmable gate array (FPGA) is an integrated circuit designed to be configured by a customer or a designer after manufacturing. The FPGA configuration is generally specified using a hardware description language (HDL), similar to that used for an application-specific integrated circuit (ASIC) (circuit diagrams were previously used to specify the configuration, as they were for ASICs, but this is increasingly rare). Contemporary FPGAs have large resources of logic gates and RAM blocks to implement complex digital computations. In this paper, we implement a system of digital instrumentation using FPGA. This system consists of the trigger part, memory address controller part, control FSM part, Encoder part, LCD controller part. The hardware implement using FPGA and the verification of the operation is done in a PC simulation. The proposed hardware was mapped into Cyclone III EP2C5Q208 from Altera and used 1,700(40%) of Logic Element (LE). The implemented circuit used 24,576-bit memory element with 6-bit input signal. The result from implementing in hardware (FPGA) could operate stably in 140MHz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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