La thèse s'articule autour du thème des FPGA embarqués(eFPGAs). Ce manuscrit analyse les solutions existantes actuellement et discute les challenges et opportunités de ces technologies; une analyse en profondeur des échecs des tentatives passées est également donnée. Sur la base des solutions existantes dans la littérature, une structure de eFPGA à topologie de type grille est proposée, décrite en langage VHDL RTL. Cette solution comporte également les outils de programmation associés. Sur la base de cette proposition, des explorations sont menées quant à la pertinence des solutions proposées au sens de métriques d'actualité tells que densité logique, performance et consommation. Une des contributions notables de cette thèse repose sur la proposition d'une architecture de switch unifiée éliminant les blocs de connexions ainsi que l'interconnexion locale typique des FPGA actuels(telles que ceux modélisables dans le logiciel VPR) tout en autorisant une bonne routabilité. Toutes les expérimentations ont été menées sur une technologie CMOS 65nm faible puissance du fondeur STMicroelectronics, qui permet de fait d'obtenir des évaluations pertinentes. Une seconde contribution notable repose sur l'exploration de l'intégration de eFPGA dans un contexte système sur puce (SoC). Cette approche repose sur l'adjonction d'un eFPGA au sein d'un système intégré, au côté d'un processeur de type LEON3, la programmation s'effectuant sur la base d'une approche de type ESL. Deux explorations sont ainsi déclinées, comme unité intégrée au sein du processeur et comme coprocesseur. Les résultats présentés permettent ainsi d'analyser sous plusieurs angles les compromis possibles ainsi que les perspectives et limitations de ce type d'approches. Finalement, un cas d'étude est également présenté quant à l'intégration de mémoires de type magnétique (MRAM) au sein-même de l'architecture du eFPGA. / The thesis extensively revolves around embedded FPGAs (eFPGAs). It conducts detailed survey focused on programmable technologies to investigate potentials and challenges of eFPGAs and probable failure reasons of several past attempts of different kinds. Based on survey knowledge, technology independent soft eFPGAs of FPGA-like mesh-based classical architecture with standard RTL programming flow areinvestigated. Detailed eFPGA architectural explorations (including CAD tools) are conducted to explore silicon-efficient (logic density, power, performance etc.)eFPGA architectures. Among notable innovations achieved is unified switch block with complete removal of connection block and local interconnect of classical mesh-based FPGAs (VPR-like) while maintaining good routing efficiency. All experiments are conducted on 65nm CMOS low powerSTMicroelectronics process to get practical silicon values and perspectives. Finally eFPGAs in systems (SoCs) potentials and challenges are addressed. A reconfigurable acceleration scenario with ESL exploitation (for programming ease) and full silicon tradeoffs visualization is presented with integration of eFPGA with LEON3 processor (as a functional and co-processor unit, with also highlighting potential flaws of functional unit in industrial perspectives). An interesting case study for perspectives of emerging MRAM memories for eFPGAs is also presented.

In this thesis, we present a graphical computer-aided design (CAD) environment for the design, analysis and layout of printed electronic batteries in the first phase and the parasitic extraction of the connecting wires in the second phase. The primary motivation of our work is that this prototyping software tool so far does not exist. Our tool has been integrated within the existing CAD tool which allows quick prototyping and simplifies the interface between the system designer and the device manufacturer. This tools supports the schematic and layout entry, rule checking and netlist generation. The first phase of the device synthesis modelling is based on Enfucell printed batteries, by which using the CAD tool, the shape of the battery is optimized and designed to fit the product and is able to simulate the performance during the optimization, whereas the second phase is the parasitic extraction using an extracting tool named fasthenry, which is integrated to our CAD tool to extract unwanted resistance and inductance within the shared wires between the battery and other devices. We believe that the availability of this tool is useful to the CAD community for novel ideas in the circuit design for flexible hybrid electronics. / +46764354255, +46722694942

Les capacités d'auto-reconfiguration des architectures FPGA modernes ouvrent la voie à des applications dynamiques capables d'adapter leur fonctionnement pour répondre à des évènements ponctuels. Les flots de reconfiguration des architectures commerciales sont aujourd'hui aboutis mais limités par des contraintes inhérentes à la complexité de ces circuits. Dans cette thèse, plusieurs contributions sont avancées afin de proposer une architecture FPGA reconfigurable permettant le placement dynamique de tâches matérielles. Dans un premier temps, une représentation intermédiaire des données de configuration de ces tâches, indépendante de leur positionnement final, est présentée. Cette représentation permet notamment d'atteindre des taux de compression allant jusqu'à 11x par rapport à la représentation brute d'une tâche. Un flot de conception basé sur des outils de l'état de l'art accompagne cette représentation et génère des tâches relogeables à partir d'une description haut-niveau. Ensuite, le comportement en ligne de ce mécanisme est étudié. Deux algorithmes permettant le décodage de ces tâches et la génération en temps-réel des données de configuration propres à l'architectures son décrits. Par ailleurs, une amélioration du réseau d'interconnexion d'une architecture FPGA est proposée pour accroître la flexibilité du placement de tâches hétérogènes, avec une augmentation de 10% en moyenne du délai du chemin critique. Enfin, une alternative programmable aux mémoires de configuration de ces circuits est étudiée pour faciliter leur reconfiguration partielle. / The self-reconfiguration capabilities of modern FPGA architectures pave the way for dynamic applications able to adapt to transient events. The CAD flows of modern architectures are nowadays mature but limited by the constraints induced by the complexity of FPGA circuits. In this thesis, multiple contributions are developed to propose an FPGA architecture supporting the dynamic placement of hardware tasks. First, an intermediate representation of these tasks configuration data, independent from their final position, is presented. This representation allows to compress the task data up to 11x with regard to its conventional raw counterpart. An accompanying CAD flow, based on state-of-the-art tools, is proposed to generate relocatable tasks from a high-level description. Then, the online behavior of this mechanism is studied. Two algorithms allowing to decode and create in real-time the conventional bit-stream are described. In addition, an enhancement of the FPGA interconnection network is proposedto increase the placement flexibility of heterogeneous tasks, at the cost of a 10% increase in average of the critical path delay. Eventually, a configurable substitute to the configuration memory found in FPGAs is studied to ease their partial reconfiguration.

В настоящее время активно развиваются средства автоматизированного проектирования (САПР), что не может не сказываться на эффективности и разнообразии реализации строительных процессов. Среди широкой гаммы представленных вариаций САПР особое место сейчас занимает продвижение интеллектуального, а точнее информационного проектирования. BIM (с английского Building Information Modeling), а именно информационное моделирование зданий обладает рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с устоявшейся системой CAD (с английского Computer-Аided Design). Также BIM-технологии обладают внушительной функциональностью, так как их применение целесообразно не только на стадии проектирования, но и на стадиях строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Цель научно-исследовательской работы заключается в разработке программного модуля (плагина) для программного обеспечения Revit 2019, плагин автоматизирует один из процессов строительного проектирования, а именно процесс отделки помещений. Реализовать автоматизацию можно только на основе информации из BIM-модели. / Currently, computer-aided design (CAD) tools are actively developing, which cannot but affect the efficiency and variety of implementation of construction processes. Among the wide range of CAD variations presented, a special place is now occupied by the promotion of intelligent, or rather informational design. BIM (from English Building Information Modeling), namely building information modeling, has a number of undeniable advantages over the established CAD system (from English Computer-Aided Design). Also, BIM technologies have impressive functionality, since their use is advisable not only at the design stage, but also at the stages of construction and operation of buildings and structures. The purpose of the research work is to develop a software module (plug-in) for the Revit 2019 software, the plug-in automates one of the building design processes, namely the interior decoration process. Automation can only be implemented based on information from the BIM model.

[ES] En el transcurso de la presente tesis doctoral, se llevó a cabo la tarea de analizar el desarrollo del diseño generativo a lo largo del tiempo y en diversos campos de aplicación. Durante esta exploración, se identificó una carencia significativa de herramientas CAD de apoyo en la etapa temprana del diseño conceptual. La ausencia de recursos para facilitar la creación de diseños conceptuales básicos y la generación de diversas soluciones de diseño se presenta como un problema evidente en este contexto. El objetivo principal de la investigación es desarrollar una herramienta que aborde eficientemente esta carencia y proporcione asistencia al diseñador durante estas tareas cruciales del proceso creativo. La metodología empleada incluyó una exhaustiva búsqueda bibliográfica para comprender el desarrollo del diseño generativo en sus distintas etapas y campos de aplicación. Se identificaron los componentes principales que componen la estructura de objetos y se propuso una clasificación de estructuras básicas que abarca una amplia variedad de productos. Además, se estableció un flujo de trabajo que sirvió como guía para la implementación de la estructura básica, volúmenes, subestructuras y elementos adicionales. Los resultados destacan la implementación exitosa de un algoritmo en Rhino-Grasshopper, un lenguaje de programación visual, que permitió la generación de soluciones de diseño variadas para una diversidad de objetos. El diseño se enriqueció mediante componentes programados en Python, facilitando la implementación de subestructuras y elementos adicionales, tanto esenciales como no esenciales. En las conclusiones, se subraya la eficacia de la herramienta en la mejora del diseño generativo, atendiendo factores transversales como la estética, el aprovechamiento del uso del ordenador en la etapa temprana del diseño y la estabilidad de las soluciones propuestas. La contribución de esta investigación se refleja en la creación de una herramienta robusta y eficaz, aportando un nuevo enfoque en el ámbito de las herramientas de diseño en la etapa conceptual. Palabras clave: Diseño Generativo, herramientas CAD, diseño conceptual, estructuras básicas, soluciones de diseño. / [CA] En el transcurs de la present tesi doctoral, es va dur a terme la tasca d'analitzar el desenvolupament del disseny generatiu al llarg del temps i en diversos camps d'aplicació. Durant aquesta exploració, es va identificar una manca significativa d'eines *CAD de suport en l'etapa primerenca del disseny conceptual. L'absència de recursos per a facilitar la creació de dissenys conceptuals bàsics i la generació de diverses solucions de disseny es presenta com un problema evident en aquest context. L'objectiu principal de la investigació és desenvolupar una eina que aborde eficientment aquesta manca i proporcione assistència al dissenyador durant aquestes tasques crucials del procés creatiu. La metodologia emprada va incloure una exhaustiva cerca bibliogràfica per a comprendre el desenvolupament del disseny generatiu en les seues diferents etapes i camps d'aplicació. Es van identificar els components principals que componen l'estructura d'objectes i es va proposar una classificació d'estructures bàsiques que abasta una àmplia varietat de productes. A més, es va establir un flux de treball que va servir com a guia per a la implementació de l'estructura bàsica, volums, subestructures i elements addicionals. Els resultats destaquen la implementació reeixida d'un algorisme en *Rhino- *Grasshopper, un llenguatge de programació visual, que va permetre la generació de solucions de disseny variades per a una diversitat d'objectes. El disseny es va enriquir mitjançant components programats en *Python, facilitant la implementació de subestructures i elements addicionals, tant essencials com no essencials. A les conclusions, se subratlla l'eficàcia de l'eina en la millora del disseny generatiu, atenent factors transversals com l'estètica, l'aprofitament de l'ús de l'ordinador en l'etapa primerenca del disseny i l'estabilitat de les solucions proposades. La contribució d'aquesta investigació es reflecteix en la creació d'una eina robusta i eficaç, aportant un nou enfocament en l'àmbit de les eines de disseny en l'etapa conceptual. Paraules clau: Disseny Generatiu, eines CAD, disseny conceptual, estructures bàsiques, solucions de disseny. / [EN] In the course of this doctoral thesis, the task was undertaken to analyze the development of generative design over time and in various fields of application. During this exploration, a significant lack of CAD support tools in the early stage of conceptual design was identified. The absence of resources to facilitate the creation of basic conceptual designs and the generation of diverse design solutions presents itself as an evident problem in this context. The main objective of the research is to develop a tool that efficiently addresses this deficiency and provides assistance to the designer during these crucial tasks of the creative process. The methodology employed included a thorough literature review to understand the development of generative design in its different stages and fields of application. The main components composing the structure of objects were identified, and a classification of basic structures covering a wide variety of products was proposed. Additionally, a workflow was established as a guide for the implementation of the basic structure, volumes, substructures, and additional elements. The results highlight the successful implementation of an algorithm in Rhino-Grasshopper, a visual programming language, which allowed the generation of varied design solutions for a diversity of objects. The design was enriched through components programmed in Python, facilitating the implementation of both essential and non-essential substructures and elements. In the conclusions, the effectiveness of the tool in improving generative design is emphasized, addressing cross-cutting factors such as aesthetics, leveraging computer usage in the early stage of design, and the stability of the proposed solutions. The contribution of this research is reflected in the creation of a robust and effective tool, providing a new approach in the field of design tools in the conceptual stage. Keywords: Generative Design, CAD tools, conceptual design, basic structures, design solutions. / Acosta Zazueta, GR. (2024). Diseño generativo asistido por computador. Desarrollo de una herramienta innovadora de ayuda a la exploración de soluciones conceptuales en productos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203611