This work deals with the design and implementation of high-speed communication interfaces into FPGA chip and their utilizing for image transmission and processing. In the implementation part has been created PCI Express endpoint device, which provides data transfers between the FPGA chip and computer RAM memory. As a source of image data for further processing was connected the Unicam M621 camera throught the Ethernet interface to FPGA chip. The project was implemented on the Xilinx SP605 development board. Using both of the the interfaces were demonstrated on the application of edge detection using Sobel operator. The PCI Express endpoint device driver for the Linux operating system and a simple application interface in C language was also created within this project.

There is a family of COMBO cards used for netork monitoring acceleration being developed on the Liberouter project, which is the CESNET's research activity. These cards are equipped with Xilinx's programmable field array. To enable usage of classic tools for network monitoring and management, not only application specific tools, it is necessary to implement network interface card on the platform, that realizes packet reception and transmission through the standard Linux kernel interface. This thesis describes the design and implementation of network interface card's key components. Those are DMA controller and Linux device driver.

Professional audio processing systems such as digital musical instruments, audiomixers, etc. must operate with very tight constraints on overall processing latencyand CPU performance. Consequently, traditional implementations are still mostlybased on specialized hardware like Digital Signal Processors (DSP) and Real-TimeOperating Systems (RTOS) to meet such requirements. However, such systems areminimalistic in nature and they lack many features (e.g. network connectivity, widehardware support, etc.) that a general-purpose operating system such as Linuxoffers. Linux is a very popular choice for the operating system used in embeddeddevices, and many developers have started to use it for designing real-time systemswith relaxed timing constraints. However, none of the available solutions using astandard Linux kernel can satisfy the low-latency requirements of professional audiosystems.In this thesis, a dual kernel approach is employed to enable an embedded Linuxsystem to process audio with low roundtrip latency. The solution is developed usingthe Xenomai framework for real-time computation, which is based on a techniqueknown as interrupt pipeline (I-pipe). I-Pipe enables interrupt virtualization througha micro-kernel running between the Linux kernel and the interrupt controller hardware.The designed system includes an x86 Atom System-on-Chip (SoC), an XMOSmicrocontroller and audio converters to and from the analog domain. Custom kerneldrivers and libraries have been developed to expose the audio programming functionalitiesto programs running in user-space. As a result, the system can achieverobust real-time performance appropriate for professional audio applications, andat the same time it has all the advantages of a traditional Linux solution such ascompatibility with external devices and ease of programming. The real-time capabilityis measured by evaluating the performance in terms of worst case responsetime of the real-time tasks in comparison to the same metrics obtained under astandard Linux kernel. The overall roundtrip latency of audio processing is showedto be improved by almost an order of magnitude (around 2.5ms instead of 20ms). / Profesionella system för ljudbearbetning, som digitala musikinstrument, mixerbord,etc, arbetar med väldigt hårda krav på tidfördröjning och CPU-prestanda. Som enkonsekvens har dessa system traditionellt implementerats på specialiserad hårdvarasom specifika DSP-processor och speciella realtidsoperativsystem. Den typen avsystem är till sin natur minimalistiska och saknar många funktioner (till exempelnätverk och brett stöd för olika hårdvaror) som mer generella operativsystem,som Linux, kan erbjuda. Linux är ett väldigt populärt val av operativsystem förinbyggda system och många utvecklare har även börjat använda det till realtidssystemmed mindre hårda tidskrav. Det finns dock idag inte någon lösning med enstandard-linuxkärna som kan tillfredsställda de krav på låg fördröjning som krävsför användning i profesionella ljudsystem.I det här examensarbetet används en dubbelkärneuppsättning för att ge ettinbyggt Linuxsystem möjlighet att bearbeta digitalt ljud med låg fördröjning. Lösningenanvänder Xenomai-ramverket för realtidsberäkningar baserat på en teknikkallad interrupt pipeline (I-pipe). I-pipe ger möjlighet att virtualisera interruptgenom en mikrokärna som körs som ett lager mellan Linuxkärnan och hårdvaransinterruptcontroller.Det resulterande systemet inkluderar ett x86 Atom-enchipssystem, en XMOSmicrocontroller, och ljudkonverterare till och från analoga ljud in- och utgångar.Drivrutiner och bibliotek utvecklas för att ge direkt tillgång till ljudfunktionerfrån applikationer. Systemet ges därmed robust realtidsprestanda som gör detlämpligt för profesionella ljudtillämpningar samtidigt som det behåller alla fördelarfrån ett traditionellt Linuxsystem, som kompabilitet med extern hårdvara och enklareapplikationsutveckling. Systemets realtidsprestanda utvärderas som den maximalauppmätta tidfördröjning vid realtidsberäkningar jämfört med motsvarandeberäkningar på en standardlinuxkärna. Resultaten visade på en förbättring på nästanen storleksordning (ca 2,5ms mot 20ms).

Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Kommunikationsteilsystems fuer das Experimentiersystem CHEOPS zur Ermoeglichung einer Interobjektkommunika- tion zwischen Objekten auf dem gleichen bzw. verschiedenen Systemen. Ausgangspunkte stellen dabei eine verfuegbare Implementation eines Ethernet- Treibers der Kartenfamilie WD80x3 fuer MS-DOS, eine geforderte Kommunikations- moeglichkeit mit UNIX-Prozessen sowie die dort benutzbaren Protokoll-Familien dar. Die Arbeit beschaeftigt sich mit der Analyse und Konzipierung des Ethernet- Treibers sowie der Internet-Protokoll-Familie fuer CHEOPS als auch deren Implementation resultierend in einem minimalen Grundsystem. Weiterhin wird ein erster Entwurf fuer ein spaeter weiterzuentwickelndes bzw. zu vervoll- staendigendes Netz-Interface vorgeschlagen und durch eine Beispiel-Implemen- tierung belegt.

Thema dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Kommunikationsteilsystems fuer das Experimentiersystem CHEOPS zur Ermoeglichung einer Interobjektkommunika- tion zwischen Objekten auf dem gleichen bzw. verschiedenen Systemen. Ausgangspunkte stellen dabei eine verfuegbare Implementation eines Ethernet- Treibers der Kartenfamilie WD80x3 fuer MS-DOS, eine geforderte Kommunikations- moeglichkeit mit UNIX-Prozessen sowie die dort benutzbaren Protokoll-Familien dar. Die Arbeit beschaeftigt sich mit der Analyse und Konzipierung des Ethernet- Treibers sowie der Internet-Protokoll-Familie fuer CHEOPS als auch deren Implementation resultierend in einem minimalen Grundsystem. Weiterhin wird ein erster Entwurf fuer ein spaeter weiterzuentwickelndes bzw. zu vervoll- staendigendes Netz-Interface vorgeschlagen und durch eine Beispiel-Implemen- tierung belegt.