Economic aspects of FPGA technology

En este PFC se ha recogido y analizado diversa información acerca de la tecnología de Xilinx. Incluyendo los datasheets de Xilinx notas del E.E. Times, informes financieros, y artículos de internet. Todos los datos se han unificado en unas ciento cincuenta figuras y tablas. Además, se han revisado los proceedings de la conferencia FPL desde 1991 (la primera en Oxford) hasta 2013 (el último en Porto).In this PFC, diverse information about Xilinx technology has been collected and analyzed. It includes Xilinx datasheets, notes on E.E. Times, financial reports, and Internet articles. All the data have been unified in around one hundred and fifty figures and tables. In addition, FPL proceedings from 1991 (the first in Oxford) to 2013 (the last in Porto) have been revised

Efficient reconfigurable architectures for 3D medical image compression

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.Recently, the more widespread use of three-dimensional (3-D) imaging modalities, such as magnetic resonance imaging (MRI), computed tomography (CT), positron emission tomography (PET), and ultrasound (US) have generated a massive amount of volumetric data. These have provided an impetus to the development of other applications, in particular telemedicine and teleradiology. In these fields, medical image compression is important since both efficient storage and transmission of data through high-bandwidth digital communication lines are of crucial importance. Despite their advantages, most 3-D medical imaging algorithms are computationally intensive with matrix transformation as the most fundamental operation involved in the transform-based methods. Therefore, there is a real need for high-performance systems, whilst keeping architectures exible to allow for quick upgradeability with real-time applications. Moreover, in order to obtain efficient solutions for large medical volumes data, an efficient implementation of these operations is of significant importance. Reconfigurable hardware, in the form of field programmable gate arrays (FPGAs) has been proposed as viable system building block in the construction of high-performance systems at an economical price. Consequently, FPGAs seem an ideal candidate to harness and exploit their inherent advantages such as massive parallelism capabilities, multimillion gate counts, and special low-power packages. The key achievements of the work presented in this thesis are summarised as follows. Two architectures for 3-D Haar wavelet transform (HWT) have been proposed based on transpose-based computation and partial reconfiguration suitable for 3-D medical imaging applications. These applications require continuous hardware servicing, and as a result dynamic partial reconfiguration (DPR) has been introduced. Comparative study for both non-partial and partial reconfiguration implementation has shown that DPR offers many advantages and leads to a compelling solution for implementing computationally intensive applications such as 3-D medical image compression. Using DPR, several large systems are mapped to small hardware resources, and the area, power consumption as well as maximum frequency are optimised and improved. Moreover, an FPGA-based architecture of the finite Radon transform (FRAT)with three design strategies has been proposed: direct implementation of pseudo-code with a sequential or pipelined description, and block random access memory (BRAM)- based method. An analysis with various medical imaging modalities has been carried out. Results obtained for image de-noising implementation using FRAT exhibits promising results in reducing Gaussian white noise in medical images. In terms of hardware implementation, promising trade-offs on maximum frequency, throughput and area are also achieved. Furthermore, a novel hardware implementation of 3-D medical image compression system with context-based adaptive variable length coding (CAVLC) has been proposed. An evaluation of the 3-D integer transform (IT) and the discrete wavelet transform (DWT) with lifting scheme (LS) for transform blocks reveal that 3-D IT demonstrates better computational complexity than the 3-D DWT, whilst the 3-D DWT with LS exhibits a lossless compression that is significantly useful for medical image compression. Additionally, an architecture of CAVLC that is capable of compressing high-definition (HD) images in real-time without any buffer between the quantiser and the entropy coder is proposed. Through a judicious parallelisation, promising results have been obtained with limited resources. In summary, this research is tackling the issues of massive 3-D medical volumes data that requires compression as well as hardware implementation to accelerate the slowest operations in the system. Results obtained also reveal a significant achievement in terms of the architecture efficiency and applications performance.Ministry of Higher Education Malaysia (MOHE), Universiti Tun Hussein Onn Malaysia (UTHM) and the British Counci

The Customizable Virtual FPGA: Generation, System Integration and Configuration of Application-Specific Heterogeneous FPGA Architectures

In den vergangenen drei Jahrzehnten wurde die Entwicklung von Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) stark von Moore’s Gesetz, Prozesstechnologie (Skalierung) und kommerziellen Märkten beeinflusst. State-of-the-Art FPGAs bewegen sich einerseits dem Allzweck näher, aber andererseits, da FPGAs immer mehr traditionelle Domänen der Anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) ersetzt haben, steigen die Effizienzerwartungen. Mit dem Ende der Dennard-Skalierung können Effizienzsteigerungen nicht mehr auf Technologie-Skalierung allein zurückgreifen. Diese Facetten und Trends in Richtung rekonfigurierbarer System-on-Chips (SoCs) und neuen Low-Power-Anwendungen wie Cyber Physical Systems und Internet of Things erfordern eine bessere Anpassung der Ziel-FPGAs. Neben den Trends für den Mainstream-Einsatz von FPGAs in Produkten des täglichen Bedarfs und Services wird es vor allem bei den jüngsten Entwicklungen, FPGAs in Rechenzentren und Cloud-Services einzusetzen, notwendig sein, eine sofortige Portabilität von Applikationen über aktuelle und zukünftige FPGA-Geräte hinweg zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang kann die Hardware-Virtualisierung ein nahtloses Mittel für Plattformunabhängigkeit und Portabilität sein. Ehrlich gesagt stehen die Zwecke der Anpassung und der Virtualisierung eigentlich in einem Konfliktfeld, da die Anpassung für die Effizienzsteigerung vorgesehen ist, während jedoch die Virtualisierung zusätzlichen Flächenaufwand hinzufügt. Die Virtualisierung profitiert aber nicht nur von der Anpassung, sondern fügt auch mehr Flexibilität hinzu, da die Architektur jederzeit verändert werden kann. Diese Besonderheit kann für adaptive Systeme ausgenutzt werden. Sowohl die Anpassung als auch die Virtualisierung von FPGA-Architekturen wurden in der Industrie bisher kaum adressiert. Trotz einiger existierenden akademischen Werke können diese Techniken noch als unerforscht betrachtet werden und sind aufstrebende Forschungsgebiete. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Generierung von FPGA-Architekturen, die auf eine effiziente Anpassung an die Applikation zugeschnitten sind. Im Gegensatz zum üblichen Ansatz mit kommerziellen FPGAs, bei denen die FPGA-Architektur als gegeben betrachtet wird und die Applikation auf die vorhandenen Ressourcen abgebildet wird, folgt diese Arbeit einem neuen Paradigma, in dem die Applikation oder Applikationsklasse fest steht und die Zielarchitektur auf die effiziente Anpassung an die Applikation zugeschnitten ist. Dies resultiert in angepassten anwendungsspezifischen FPGAs. Die drei Säulen dieser Arbeit sind die Aspekte der Virtualisierung, der Anpassung und des Frameworks. Das zentrale Element ist eine weitgehend parametrierbare virtuelle FPGA-Architektur, die V-FPGA genannt wird, wobei sie als primäres Ziel auf jeden kommerziellen FPGA abgebildet werden kann, während Anwendungen auf der virtuellen Schicht ausgeführt werden. Dies sorgt für Portabilität und Migration auch auf Bitstream-Ebene, da die Spezifikation der virtuellen Schicht bestehen bleibt, während die physische Plattform ausgetauscht werden kann. Darüber hinaus wird diese Technik genutzt, um eine dynamische und partielle Rekonfiguration auf Plattformen zu ermöglichen, die sie nicht nativ unterstützen. Neben der Virtualisierung soll die V-FPGA-Architektur auch als eingebettetes FPGA in ein ASIC integriert werden, das effiziente und dennoch flexible System-on-Chip-Lösungen bietet. Daher werden Zieltechnologie-Abbildungs-Methoden sowohl für Virtualisierung als auch für die physikalische Umsetzung adressiert und ein Beispiel für die physikalische Umsetzung in einem 45 nm Standardzellen Ansatz aufgezeigt. Die hochflexible V-FPGA-Architektur kann mit mehr als 20 Parametern angepasst werden, darunter LUT-Grösse, Clustering, 3D-Stacking, Routing-Struktur und vieles mehr. Die Auswirkungen der Parameter auf Fläche und Leistung der Architektur werden untersucht und eine umfangreiche Analyse von über 1400 Benchmarkläufen zeigt eine hohe Parameterempfindlichkeit bei Abweichungen bis zu ±95, 9% in der Fläche und ±78, 1% in der Leistung, was die hohe Bedeutung von Anpassung für Effizienz aufzeigt. Um die Parameter systematisch an die Bedürfnisse der Applikation anzupassen, wird eine parametrische Entwurfsraum-Explorationsmethode auf der Basis geeigneter Flächen- und Zeitmodellen vorgeschlagen. Eine Herausforderung von angepassten Architekturen ist der Entwurfsaufwand und die Notwendigkeit für angepasste Werkzeuge. Daher umfasst diese Arbeit ein Framework für die Architekturgenerierung, die Entwurfsraumexploration, die Anwendungsabbildung und die Evaluation. Vor allem ist der V-FPGA in einem vollständig synthetisierbaren generischen Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language (VHDL) Code konzipiert, der sehr flexibel ist und die Notwendigkeit für externe Codegeneratoren eliminiert. Systementwickler können von verschiedenen Arten von generischen SoC-Architekturvorlagen profitieren, um die Entwicklungszeit zu reduzieren. Alle notwendigen Konstruktionsschritte für die Applikationsentwicklung und -abbildung auf den V-FPGA werden durch einen Tool-Flow für Entwurfsautomatisierung unterstützt, der eine Sammlung von vorhandenen kommerziellen und akademischen Werkzeugen ausnutzt, die durch geeignete Modelle angepasst und durch ein neues Werkzeug namens V-FPGA-Explorer ergänzt werden. Dieses neue Tool fungiert nicht nur als Back-End-Tool für die Anwendungsabbildung auf dem V-FPGA sondern ist auch ein grafischer Konfigurations- und Layout-Editor, ein Bitstream-Generator, ein Architekturdatei-Generator für die Place & Route Tools, ein Script-Generator und ein Testbenchgenerator. Eine Besonderheit ist die Unterstützung der Just-in-Time-Kompilierung mit schnellen Algorithmen für die In-System Anwendungsabbildung. Die Arbeit schliesst mit einigen Anwendungsfällen aus den Bereichen industrielle Prozessautomatisierung, medizinische Bildgebung, adaptive Systeme und Lehre ab, in denen der V-FPGA eingesetzt wird

Modeling and automated synthesis of reconfigurable interfaces

Stefan IhmorPaderborn, Univ., Diss., 200

Políticas de Copyright de Publicações Científicas em Repositórios Institucionais: O Caso do INESC TEC

A progressiva transformação das práticas científicas, impulsionada pelo desenvolvimento das novas Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), têm possibilitado aumentar o acesso à informação, caminhando gradualmente para uma abertura do ciclo de pesquisa. Isto permitirá resolver a longo prazo uma adversidade que se tem colocado aos investigadores, que passa pela existência de barreiras que limitam as condições de acesso, sejam estas geográficas ou financeiras. Apesar da produção científica ser dominada, maioritariamente, por grandes editoras comerciais, estando sujeita às regras por estas impostas, o Movimento do Acesso Aberto cuja primeira declaração pública, a Declaração de Budapeste (BOAI), é de 2002, vem propor alterações significativas que beneficiam os autores e os leitores. Este Movimento vem a ganhar importância em Portugal desde 2003, com a constituição do primeiro repositório institucional a nível nacional. Os repositórios institucionais surgiram como uma ferramenta de divulgação da produção científica de uma instituição, com o intuito de permitir abrir aos resultados da investigação, quer antes da publicação e do próprio processo de arbitragem (preprint), quer depois (postprint), e, consequentemente, aumentar a visibilidade do trabalho desenvolvido por um investigador e a respetiva instituição. O estudo apresentado, que passou por uma análise das políticas de copyright das publicações científicas mais relevantes do INESC TEC, permitiu não só perceber que as editoras adotam cada vez mais políticas que possibilitam o auto-arquivo das publicações em repositórios institucionais, como também que existe todo um trabalho de sensibilização a percorrer, não só para os investigadores, como para a instituição e toda a sociedade. A produção de um conjunto de recomendações, que passam pela implementação de uma política institucional que incentive o auto-arquivo das publicações desenvolvidas no âmbito institucional no repositório, serve como mote para uma maior valorização da produção científica do INESC TEC.The progressive transformation of scientific practices, driven by the development of new Information and Communication Technologies (ICT), which made it possible to increase access to information, gradually moving towards an opening of the research cycle. This opening makes it possible to resolve, in the long term, the adversity that has been placed on researchers, which involves the existence of barriers that limit access conditions, whether geographical or financial. Although large commercial publishers predominantly dominate scientific production and subject it to the rules imposed by them, the Open Access movement whose first public declaration, the Budapest Declaration (BOAI), was in 2002, proposes significant changes that benefit the authors and the readers. This Movement has gained importance in Portugal since 2003, with the constitution of the first institutional repository at the national level. Institutional repositories have emerged as a tool for disseminating the scientific production of an institution to open the results of the research, both before publication and the preprint process and postprint, increase the visibility of work done by an investigator and his or her institution. The present study, which underwent an analysis of the copyright policies of INESC TEC most relevant scientific publications, allowed not only to realize that publishers are increasingly adopting policies that make it possible to self-archive publications in institutional repositories, all the work of raising awareness, not only for researchers but also for the institution and the whole society. The production of a set of recommendations, which go through the implementation of an institutional policy that encourages the self-archiving of the publications developed in the institutional scope in the repository, serves as a motto for a greater appreciation of the scientific production of INESC TEC

Wavelet Based Feature Extraction and Dimension Reduction for the Classification of Human Cardiac Electrogram Depolarization Waveforms

An essential task for a pacemaker or implantable defibrillator is the accurate identification of rhythm categories so that the correct electrotherapy can be administered. Because some rhythms cause a rapid dangerous drop in cardiac output, it is necessary to categorize depolarization waveforms on a beat-to-beat basis to accomplish rhythm classification as rapidly as possible. In this thesis, a depolarization waveform classifier based on the Lifting Line Wavelet Transform is described. It overcomes problems in existing rate-based event classifiers; namely, (1) they are insensitive to the conduction path of the heart rhythm and (2) they are not robust to pseudo-events. The performance of the Lifting Line Wavelet Transform based classifier is illustrated with representative examples. Although rate based methods of event categorization have served well in implanted devices, these methods suffer in sensitivity and specificity when atrial, and ventricular rates are similar. Human experts differentiate rhythms by morphological features of strip chart electrocardiograms. The wavelet transform is a simple approximation of this human expert analysis function because it correlates distinct morphological features at multiple scales. The accuracy of implanted rhythm determination can then be improved by using human-appreciable time domain features enhanced by time scale decomposition of depolarization waveforms. The purpose of the present work was to determine the feasibility of implementing such a system on a limited-resolution platform. 78 patient recordings were split into equal segments of reference, confirmation, and evaluation sets. Each recording had a sampling rate of 512Hz, and a significant change in rhythm in the recording. The wavelet feature generator implemented in Matlab performs anti-alias pre-filtering, quantization, and threshold-based event detection, to produce indications of events to submit to wavelet transformation. The receiver operating characteristic curve was used to rank the discriminating power of the feature accomplishing dimension reduction. Accuracy was used to confirm the feature choice. Evaluation accuracy was greater than or equal to 95% over the IEGM recordings

Energy: A continuing bibliography with indexes

This bibliography lists 1096 reports, articles, and other documents introduced into the NASA Scientific and Technical Information System from April 1, 1979 through June 30, 1979