91 research outputs found
Radiation Tolerant Electronics, Volume II
Research on radiation tolerant electronics has increased rapidly over the last few years, resulting in many interesting approaches to model radiation effects and design radiation hardened integrated circuits and embedded systems. This research is strongly driven by the growing need for radiation hardened electronics for space applications, high-energy physics experiments such as those on the large hadron collider at CERN, and many terrestrial nuclear applications, including nuclear energy and safety management. With the progressive scaling of integrated circuit technologies and the growing complexity of electronic systems, their ionizing radiation susceptibility has raised many exciting challenges, which are expected to drive research in the coming decade.After the success of the first Special Issue on Radiation Tolerant Electronics, the current Special Issue features thirteen articles highlighting recent breakthroughs in radiation tolerant integrated circuit design, fault tolerance in FPGAs, radiation effects in semiconductor materials and advanced IC technologies and modelling of radiation effects
Low Power Memory/Memristor Devices and Systems
This reprint focusses on achieving low-power computation using memristive devices. The topic was designed as a convenient reference point: it contains a mix of techniques starting from the fundamental manufacturing of memristive devices all the way to applications such as physically unclonable functions, and also covers perspectives on, e.g., in-memory computing, which is inextricably linked with emerging memory devices such as memristors. Finally, the reprint contains a few articles representing how other communities (from typical CMOS design to photonics) are fighting on their own fronts in the quest towards low-power computation, as a comparison with the memristor literature. We hope that readers will enjoy discovering the articles within
CarRing IV- Real-time Computer Network
Ob in der Automobil-, Avionik- oder Automatisierungstechnik, die Fortschritte in der
Echtzeitkommunikation richten sich auf weitere Verbesserungen bereits existierender
Lösungen. Im Kfz-Bereich führen die steigenden Zahlen computerbasierter Systeme,
Anwendungen und Anschlüsse sowie die Verwendung mehrerer proprietärer Kommunikationsstandards zu einem immer komplexeren Kabelbaum. Ursächlich hierfür sind
inkompatible Standards, wodurch nicht nur die Kosten, sondern auch das Gewicht
und damit der Kraftstoffverbrauch negativ beeinflusst werden.
Im ersten Teil der Dissertation wird das Echtzeitprotokoll von CarRing IV (CRIV) vorgestellt. Es bietet isochrone und harte Echtzeitgarantien, ohne dass eine netzwerkweite Synchronisation erforderlich ist. Mit bis zu 16 Knoten pro Ring kann
ein CR-IV-Netz aus bis zu 256 Ringen bestehen, die durch Router miteinander verbunden sind. CR-IV verwendet ein reduziertes OSI-Modell (Schichten 1-3, 7), das
fĂĽr seine Anwendungsbereiche sowohl typisch als auch vorteilhaft ist. AuĂźerdem
unterstĂĽtzt es sowohl ereignis- als auch zeitgesteuerte Kommunikationsparadigmen.
Der Transparent-Modus ermöglicht es CR-IV, als Backbone für bestehende Netze
zu verwenden, wodurch Inkompatibilitätsprobleme beseitigt werden und der Wechsel zu einer einheitlicheren Netzlösung erleichtert wird. Mit dieser Funktionalität
können Nutzergeräte über ein CR-IV-Netz miteinander verbunden werden, ohne dass
der Nutzer eingreifen oder etwas ändern muss. Durch Multicast unterstützt CRIV auch die Emulation von Feldbussen. Der zweite Teil der Dissertation stellt den
anderen wichtigen Aspekt von CR-IV vor. Alle Schichten des OSI-Modells sind in
einem FPGA mit Hardware Description Languages (HDLs) ohne Hard- oder Softprozessoren implementiert. Das Register-Transfer-Level (RTL)-Hardwaredesign von
CR-IV wird mit einem neuen Ansatz erstellt, der am besten als tokenbasierter Datenfluss beschrieben werden kann. Der Ansatz ist sowohl vertikal als auch horizontal
skalierbar. Er verwendet lose gekoppelte Processing Elements (PEs), die stateless arbeiten, sowie Arbiter/Speicherzuordnungspaare. Durch die granulare Kontrolle und
die Aufteilung aller Aspekte einer Lösung eignet sich der Ansatz für die Implementierung anderer Software-Level-Lösungen in Hardware.
Viele Testszenarios werden durchgefĂĽhrt, um die in CR-IV erzielten Ergebnisse zu
verdeutlichen und zu überprüfen. Diese Szenarien reichen von direkten Leistungsmessungen bis hin zu verhaltensspezifischen Tests. Zusätzlich wird eine Labor-Demo
erstellt, die grundsätzlich auf ein Proof of Concept zielt. Die Demo stellt einen
praktischen Test anstelle szenariospezifischer Tests dar. Alle Testszenarien und die
Labor-Demo werden mit den Prototyp-Boards des Projekts durchgef¨uhrt, d.h. es sind
keine Simulationstests. Die Ergebnisse stellen die realistischen Leistungen von CR-IV
mit bis zu 13,61 Gbit/s dar.Whether be it automotive, avionics or automation, advances in their respective real-time communication technology focus on further improving preexisting solutions. For
in-vehicle communication, the ever-increasing number of computer-based systems,
applications and connections as well as the use of multiple proprietary communication
standards results in an increasingly complex wiring harness. This is in-part due to
those standards being incompatible with one another. In addition to cost, this also
impacts weight, which in turn affects fuel consumption.
The work presented in this thesis is in-part theoretical and in-part applied. The
former is represented by a new protocol, while the latter corresponds to the protocol’s
hardware implementation. In the first part of the thesis, the real-time communication protocol of CarRing IV (CR-IV) is presented. It provides isochronous and hard
real-time guarantees without requiring network-wide clock synchronization. With up
to 16 nodes per ring, a CR-IV network can consist of as many as 256 rings interconnected by routers. CR-IV uses a reduced OSI model (layers 1-3, 7), which is both
typical of and preferable for its application areas. Moreover, it supports both event- and time-triggered communication paradigms. The transparent mode feature allows
CR-IV to act as a backbone for existing networks, thereby addressing incompatibility
concerns and easing the transition into a more unified network solution. Using this
feature, user devices can communicate with one another via a CR-IV network without
requiring user interference, or any user device or application changes. Combined with
the protocol’s reliable multicast, the feature extends CR-IV’s capabilities to include
field bus emulation. The second part of the thesis presents the other important aspect
of CR-IV. All of its OSI model layers are implemented in a FPGA using Hardware
Description Languages (HDLs) without relying-on or including any hard or soft processors. CR-IV’s Register-Transfer Level (RTL) hardware design is created using a new
approach that can best be described as token-based data-flow. The approach is both
vertically and horizontally scalable. It uses stateless and loosely coupled Processing
Elements (PEs) as well as arbiter/memory allocation pairs. By having granular control and compartmentalizing every aspect of a solution, the approach lends itself to
being used for implementing other software-level solutions in hardware.
Many test scenarios are conducted to both highlight and examine the results
achieved in CR-IV. Those scenarios range from direct performance measurements to
behavior-specific tests. Moreover, a lab-demo is created that essentially amounts to
a proof of concept. The demo represents a practical test as opposed to a scenariospecific one. Whether be it test scenarios or the lab-demo, all are carried-out using the
project’s prototype boards, i.e. no simulation tests. The results obtained represent
CR-IV’s real-world realistic outcomes with up to 13.61 Gbps
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