Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis
Usual computer architectures have shown issues in following the growing demand for processing. The FPGAs are an interesting alternative to these architectures, especially for applications that require considerable processing power and execution parallelism. Even with promising features, the use of F...
| Autor principal: | Kerschbaumer, Ricardo |
|---|---|
| Formato: | Tese |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2019
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3811 |
| Tags: |
Adicionar Tag
Sem tags, seja o primeiro a adicionar uma tag!
|
| id |
riut-1-3811 |
|---|---|
| recordtype |
dspace |
| spelling |
riut-1-38112019-02-09T05:01:01Z Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis Proposition of the notification oriented paradigm in the development of reconfigurable digital logic circuits Kerschbaumer, Ricardo Lima, Carlos Raimundo Erig http://lattes.cnpq.br/4877049377460293 Simão, Jean Marcelo http://lattes.cnpq.br/3593420323268103 Stadzisz, Paulo Cézar Pedroni, Volnei Antônio Frölich, Antônio Augusto Medeiros Wehmeister, Marco Aurélio Silva, Fabiano Arquitetura de computador Redes de computadores VHDL (Linguagem descritiva de hardware) Arranjos de lógica programável em campo Computadores - Equipamento de entrada e saída Engenharia elétrica Processamento paralelo (Computadores) Computer architecture Computer networks VHDL (Computer hardware description language) Field programmable gate arrays Parallel processing (Electronic computer) Parallel processing (Electronic computer) Electric engineering CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica Usual computer architectures have shown issues in following the growing demand for processing. The FPGAs are an interesting alternative to these architectures, especially for applications that require considerable processing power and execution parallelism. Even with promising features, the use of FPGAs is complicated by its programming model and by the traditional hardware synthesis languages, which demands great technical knowledge. Alternatively, an easier way to enjoy the potential of FPGAs is using high-level synthesis tools. These tools make easier the FPGAs programming, however usually the generated circuits demand more resources, are slower, and exploit less parallelism than circuits described using traditional hardware synthesis languages. A solution to some of this problems is shown in the Notification Oriented Paradigm (NOP). The NOP presents features of avoiding redundancies and provide fine decoupling of parts of the code, which enables parallelization and even distribution, something particularly interesting for digital hardware synthesis. This is done through logical-causal and factual-executional entities that collaborate by means of punctual notifications. In addition, they emerge from high-level rule-oriented programming. Moreover, there are a framework and language for NOP software. That said, this work presents an implementation of NOP where all elements of this paradigm are modeled in reconfigurable logic blocks, using VHDL language. This new solution of NOP for digital hardware, called the PON-HD 1.0, was developed to facilitate the synthesis for FPGA. With the PON-HD 1.0 you can generate VHDL code for FPGA directly from a NOP program written in high-level language. This language and its compiler are called LingPON-HD 1.0, also proposed as part of this work and inspired by the previous language of NOP for software. In order to evaluate the performance and stability of circuits generated with the technology of PON-HD 1.0, some comparative experiments were carried out with traditional hardware synthesis languages. These experiments have shown that the technology of PON-HD 1.0 allows to create, with considerable speed and ease, trusted digital circuits with appropriate performance and parallelism, based on the performed comparisons. In conclusion, the results demonstrate the feasibility of the NOP as a paradigm and toolchain for suitable development in FPGAs scope. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) As arquiteturas usuais de computação estão tendo dificuldades em acompanhar a crescente demanda por capacidade de processamento. As FPGAs vêm se mostrando uma alternativa interessante a estas arquiteturas, principalmente para aplicações que demandam considerável poder de processamento e paralelismo de execução. Mesmo com características promissoras, a utilização das FPGAs é dificultada por seu modelo de programação e pelas linguagens tradicionais de síntese de hardware, o que demanda acentuado conhecimento técnico. Alternativamente, uma forma mais fácil de aproveitar o potencial das FPGAs é através da utilização de ferramentas de síntese em alto nível. Estas ferramentas tornam mais fácil a programação das FPGAs, porém muitas vezes os circuitos gerados utilizam mais recursos, são mais lentos e exploram menos paralelismo do que circuitos descritos através de linguagens tradicionais de síntese de hardware. Uma solução para alguns destes problemas é apresentada no Paradigma Orientado a Notificações (PON). O PON apresenta características de evitar redundâncias e tender a desacoplamento fino de partes do código, o que viabiliza paralelização e mesmo distribuição, algo particularmente interessante para a síntese de hardware digital. Isto se dá por meio de entidades lógico-causais e facto-execucionais que colaboram por meio de notificações pontuais. Ademais, elas emergem de programação em alto nível orientada a regras, sendo que existem arquétipos e linguagem para tal no tocante a software. Isto posto, este trabalho apresenta uma implementação do PON onde todos os elementos deste paradigma são modelados em blocos de lógica reconfigurável, utilizando linguagem VHDL. Essa nova implementação do PON para hardware digital, chamada de PON-HD 1.0, foi desenvolvida para facilitar a síntese em FPGA. Com o PON-HD 1.0 é possível gerar código VHDL para FPGA diretamente de um programa PON escrito em linguagem de alto nível. Esta linguagem e respectivo compilador se chama LingPON-HD 1.0, também proposta no âmbito deste trabalho e inspirada na linguagem precedente do PON para software. Para avaliar o desempenho e a estabilidade dos circuitos gerados com esta tecnologia do PON-HD 1.0, foram realizados alguns experimentos comparativos com linguagens tradicionais de síntese de hardware. Esses experimentos demonstraram que esta tecnologia do PON-HD 1.0 permite criar, com considerável rapidez e facilidade, circuitos digitais confiáveis com desempenho e paralelismo adequados, tudo a luz dos comparativos realizados. Como conclusão, os resultados demonstram a viabilidade do PON como paradigma e ferramental para o desenvolvimento adequado para o âmbito de FPGAs. 2019-02-08T14:06:07Z 2019-02-08T14:06:07Z 2018-10-23 doctoralThesis KERSCHBAUMER, Ricardo. Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis. 2018. 377 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3811 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR |
| institution |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| collection |
RIUT |
| language |
Português |
| topic |
Arquitetura de computador Redes de computadores VHDL (Linguagem descritiva de hardware) Arranjos de lógica programável em campo Computadores - Equipamento de entrada e saída Engenharia elétrica Processamento paralelo (Computadores) Computer architecture Computer networks VHDL (Computer hardware description language) Field programmable gate arrays Parallel processing (Electronic computer) Parallel processing (Electronic computer) Electric engineering CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica |
| spellingShingle |
Arquitetura de computador Redes de computadores VHDL (Linguagem descritiva de hardware) Arranjos de lógica programável em campo Computadores - Equipamento de entrada e saída Engenharia elétrica Processamento paralelo (Computadores) Computer architecture Computer networks VHDL (Computer hardware description language) Field programmable gate arrays Parallel processing (Electronic computer) Parallel processing (Electronic computer) Electric engineering CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Engenharia Elétrica Kerschbaumer, Ricardo Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| description |
Usual computer architectures have shown issues in following the growing demand for processing. The FPGAs are an interesting alternative to these architectures, especially for applications that require considerable processing power and execution parallelism. Even with promising features, the use of FPGAs is complicated by its programming model and by the traditional hardware synthesis languages, which demands great technical knowledge. Alternatively, an easier way to enjoy the potential of FPGAs is using high-level synthesis tools. These tools make easier the FPGAs programming, however usually the generated circuits demand more resources, are slower, and exploit less parallelism than circuits described using traditional hardware synthesis languages. A solution to some of this problems is shown in the Notification Oriented Paradigm (NOP). The NOP presents features of avoiding redundancies and provide fine decoupling of parts of the code, which enables parallelization and even distribution, something particularly interesting for digital hardware synthesis. This is done through logical-causal and factual-executional entities that collaborate by means of punctual notifications. In addition, they emerge from high-level rule-oriented programming. Moreover, there are a framework and language for NOP software. That said, this work presents an implementation of NOP where all elements of this paradigm are modeled in reconfigurable logic blocks, using VHDL language. This new solution of NOP for digital hardware, called the PON-HD 1.0, was developed to facilitate the synthesis for FPGA. With the PON-HD 1.0 you can generate VHDL code for FPGA directly from a NOP program written in high-level language. This language and its compiler are called LingPON-HD 1.0, also proposed as part of this work and inspired by the previous language of NOP for software. In order to evaluate the performance and stability of circuits generated with the technology of PON-HD 1.0, some comparative experiments were carried out with traditional hardware synthesis languages. These experiments have shown that the technology of PON-HD 1.0 allows to create, with considerable speed and ease, trusted digital circuits with appropriate performance and parallelism, based on the performed comparisons. In conclusion, the results demonstrate the feasibility of the NOP as a paradigm and toolchain for suitable development in FPGAs scope. |
| format |
Tese |
| author |
Kerschbaumer, Ricardo |
| author_sort |
Kerschbaumer, Ricardo |
| title |
Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| title_short |
Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| title_full |
Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| title_fullStr |
Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| title_full_unstemmed |
Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| title_sort |
proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis |
| publisher |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| publishDate |
2019 |
| citation |
KERSCHBAUMER, Ricardo. Proposição do paradigma orientado a notificações no desenvolvimento de circuitos lógico-digitais reconfiguráveis. 2018. 377 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018. |
| url |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3811 |
| _version_ |
1805303227490500608 |
| score |
10,814766 |