Este trabalho apresenta uma implementação de VPN utilizando-se dos circuitos reprogramáveis do tipo FPGA (Field Programmable Gate Array) que são a base da computação reconfigurável. VPNs utilizam criptografia para permitir que a comunicação seja privada entre as partes. Assim, todo o custo computacional decorrente desta prática é executado em nível de hardware, procurando-se atingir um alto desempenho e voltado para as aplicações de sistemas embutidos. O uso desta solução, VPN por hardware, será na interligação de um robô (em desenvolvimento no Laboratório de Computação Reconfigurável - LCR do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo) ao seu servidor de configuração e tarefas, através de linhas privadas. O emprego de uma VPN em robótica permitirá a utilização de um sistema de comunicação, com ou sem fio, e toda a infra-estrutura da Internet para a comunicação com o robô (e no futuro entre os robôs) a qualquer distância de forma segura e confiável. O hardware reconfigurável utilizado para a VPN deste trabalho proporciona flexibilidade no modo de implementação, possibilitando que o sistema seja adequado para satisfazer situações que exijam alto desempenho. Além disso, a arquitetura proposta possibilita que parte das operações sejam executadas em software (no caso, foi utilizado o sistema operacional ?Clinux e ferramentas para se estabelecer a VPN) e parte das operações executadas em hardware (um coprocessador criptográfico AES). As principais ferramentas de software são o conjunto ipsec-tools que foram desenvolvidas para serem executadas com o IPSec nativo do Kernel e devidamente portadas para o ?Clinux / This work designs a system that implements a VPN using FPGA (Field Programmable Gate Array) reprogrammable circuits, which are the basis of reconfigurable computing. VPNs use cryptography to allow private communication between parts. In this manner, the computational cost of the cryptography is handled by the hardware, achieving great performance and allowing its usage on embedded systems applications. The system proposed in this thesis has been used to establish secure communication between a PC and a mobile robot (that is in development at Reconfigurable Computing Laboratory - LCR of Institute of Mathematics and Computer Science of Univesity of São Paulo). The use of VPN in robotics will allow a communication, either wired or wireless, using Internet?s infrastructure with the robot (and in the future among robots), in a secure and trustable manner. The reconfigurable hardware used in this work allows flexibility in the implementation, making possible its usage in situations that requires high performance. Furthermore, the proposed architecture allows part of applications executing in software (using ?Clinux operating system and tools to establish the VPN) and other parts in hardware (a cryptographic coprocessor AES). The main software tools are the ipsec-tools that were developed to execute with native Kernel IPSec?s implementation and were properly ported to ?Clinux

Em um sistema computacional, os dados são armazenados na unidade de armazenamento, segundo alguma lógica, em estruturas denominadas arquivos. O Sistema de Arquivos é o responsável por estruturar, identificar, acessar, proteger e gerenciar esses arquivos, além de agir como um elo de ligação entre o usuário e o dispositivo, traduzindo comandos de alta abstração (oriundos do usuário) em comandos de baixo nível, compreensível a unidade de armazenamento. O presente trabalho visa a implementação de um sistema de arquivos para aplicação em dispositivos móveis baseado em computação reconfigurável. Tal sistema servirá de suporte para as aplicações que necessitem armazenar e/ou restaurar grande volume de dados, como a aquisição de imagens digitalizadas de câmeras CMOS. Este sistema também será utilizado como uma ferramenta inicial para o desenvolvimento de um módulo de armazenamento em uma placa baseada em computação reconfigurável a ser utilizada para fins didáticos. O sistema de arquivos implementado foi a FAT16 e o dispositivo de armazenamento de massa utilizado foram os cartões de memória SD-Secure Digital e MMC-MultiMediaCard / In computational systems, usually the data are stored in storage units, according to some logic, in structures called files. The File System is responsible for structure, identification, access, protection and management of the files. It also acts as a connector link between the user and the device, translating high level commands (derived for the user) into commands of low level, understandable for the storage unit. The present work aims to implement a File System for application in mobile devices based on reconfigurable computation. Such system will act as a support for the applications that need to store and/or to restore large volume of data, such as the acquisition of digital images from CMOS cameras. This system will also be used as an initial tool for the development of a storage module of a board, based on reconfigurable computation, to be used for didactic purposes. The implemented File System is based on FAT16 and the storage device used was the memory cards SD (Secure Digital) and MMC (MultiMedia- Card)

A área de robótica móvel se encontra numa fase de grande expansão, mas um dos obstáculos a ser vencido é o desenvolvimento de sistemas computacionais embarcados que combinem baixo consumo de energia com alta capacidade de processamento. A computação reconfigurável tem o potencial para atender esta demanda. Este trabalho visa avaliar as dificuldades no aproveitamento desta tecnologia através da implementação em hardware de um sistema de desvio de obstáculos para robôs móveis usando uma única câmera de baixo custo como sensor. Normalmente os algorítmos de fluxo óptico usados neste projeto são implementados inteiramente em software e sofrem várias restrições para poderem operar nos computadores embarcados nos robôs. O projeto descrito neste trabalho não tem estas restrições mas exige um esforço maior de desenvolvimento / The area of mobile robotics is undergoing a tremendous expansion, but one of the obstacles to be dealt with is the development of embedded computational systems that combine low power consumption and high performance. Reconfigurable computing has the potential to meet these requirements. This project is an evaluation of the complexities of fully exploiting this technology through the hardware implementation of an obstacle avoidance system for mobile robots using a single, low cost camera as its sensor. Normally, the optic flow algorithms used in this project are implemented entirely in software and so suffer several limitations in order to run on computers embedded in the robots. The hardware described here does not have the same limitations but requires more development effort

O presente trabalho apresenta a implementação de um core de rede Ethernet 10/100Mbps com interface para o barramento Avalon para utilização em conjunto com o processador Nios II da Altera. A tecnologia Ethernet foi implementada em computação reconfigurável e utilizou-se como base um módulo disponível na Internet denominado OpenCores MAC 10/100. O projeto foi desenvolvido para ser aplicado em sistemas embarcados, mais especificamente para o uso em um robô móvel em desenvolvimento no Laboratório de Computação Reconfigurável do ICMC/USP. O core foi incorporado à biblioteca da ferramenta SoPC Builder da Altera, visando uma fácil integração do mesmo em outros projetos. Foram utilizadas as ferramentas Quartus II e ModelSim para o desenvolvimento e testes do sistema, além de dois kits Nios versão Stratix para a validação do projeto, sendo as placas interligadas ponto-a-ponto sem a utilizaçao de transceivers analógicos. / This work presents the implementation of a network Ethernet 10/100Mbps core with interfaces to Avalon bus for using with the Nios II processor from Altera. The Ethernet technology was implemented in reconfigurable computing and was based in the OpenCores MAC 10/100 available on Internet. The project was developed for embedded systems applications, more specifically for a mobile robot in development at Reconfigurable Computing Laboratory from ICMC/USP. The core was incorporated to SoPC Builder tool’s library from Altera, aiming to facilitate the integration with others projects. To development and system tests were used Quartus II and ModelSim, and two Nios Development kit Statix Edition for project validation. The boards were linked peer-to-peer, without use analog transceivers.

Localização e Mapeamento são problemas fundamentais da robótica que vêm sendo estudados exaustivamente pela comunidade científica para a navegação de robôs móveis. A maior parte das pesquisas estão concentradas em implementações para computadores pessoais, mas pouco se tem feito na área de computação embarcada. Este trabalho mostra a análise e implementação em FPGA de um algoritmo de localização para ambientes dinâmicos composto por um filtro de partículas, e também de um algoritmo de mapeamento baseado na técnica de scan matching. Os algoritmos originais desenvolvidos em linguagem de programação C foram analisados e modificados para uma abordagem embarcada (embedded) em robôs reconfiguráveis utilizando-se o processador Nios II da Altera. Os algoritmos são comparados quanto ao desempenho, no intuito de servir como referência no futuro desenvolvimento da ferramenta de codesign autom´atico ARCHITECT+ / Localization and Mapping are fundamental robot navigation problems wich currently has been exaustily studied by scientific comunity. Most of research is concentrated on implementation for personal computers, and the robot navigation is done on static environment. But, these algorithms can not be directly applied for embedded solutions on dynamic environments. This work shows an analysis and implementation on FPGA of a localization algorithm for dynamic environments composed of a particle filter, and by an mapping algorthm known as scan matching. The original algorithm devoloped on C programming language for PCs are analised and modified for an embedded approach to mobile robots using Altera Nios II processor. Both C and embedded algorithms are compared within performance, to serve as reference on a future developement of automatic codesign tool ARCHITECT+

Este trabalho apresenta a construção de um sistema embarcado para detectar pedestres, utilizando computação reconfigurável com captura de imagens através de uma única câmera acoplada a um veículo que trafega em ambiente urbano. A principal motivação é a necessidade de reduzir o número vítimas causadas por acidentes de trânsito envolvendo pedestres. Uma das causas está relacionada com a velocidade de resposta do cérebro humano para reconhecer situações de perigo e tomar decisões. Como resultando, há um interesse mundial de cientistas para elaborar soluções economicamente viáveis que venham a contribuir com inovações tecnológicas direcionadas a auxiliar motoristas na condução de veículos. A implementação em hardware deste sistema foi desenvolvida em FPGA e dividida em blocos interconectados. Primeiramente, no pré-tratamento do vídeo, foi construído um bloco para conversão de dados da câmera para escala de cinza, em seguida, um bloco simplificado para a estabilização vertical dinâmica de vídeo. Para a detecção foram construídos dois blocos, um para detecção binária de movimento e um bloco de detecção BLOB. Para fazer a classificação, foi construído um bloco para identificação do tamanho do objeto em movimento e fazendo a seleção pela proporcionalidade. Os testes em ambiente real deste sistema demonstraram ótimos resultados para uma velocidade máxima de 30 km/h / This work proposes an embedded system to detect pedestrians using reconfigurable computing making the image acquisition through a mono-camera attached to a vehicle in an urban environment. This work is motivated by the need to reduce the number of traffic accidents, even with government support, each year hundreds of people become victims thus bringing great damage to the economy. As a result, there is also a global concern of scientists to promote economically viable solutions that will contribute to reducing these accidents. A significant issue is related to the speed of response of the human brain to recognize and or to make decisions in situations of danger. This feature generates a demand for technological solutions aimed at helping people to drive vehicles in several respects. The system hardware was developed in FPGA and divided into interconnected blocks. First, for the pretreatment of the video, was built a block for data conversion from the camera to grayscale, then a simplified block for vertical stabilization dynamic video. To detection, two blocks were built, one for binary motion detection and one for a BLOB detection. To classify, was built one block to identify the size of the object in motion by the proportionality and making the selection. The tests in real environment of this system showed great results for a maximum speed of 30 km / h

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-26Bitstream added on 2014-06-13T19:19:32Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_t_dr_ilha.pdf: 1857904 bytes, checksum: 58f64d9e638aa2a1040b97776689687b (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O objetivo desta tese é o desenvolvimento de uma arquitetura multiprocessada e reconfiguravel que permita a implementação física de sistemas de controle descritos por meio de Redes de Petri coloridas de arcos constantes T-temporizadas e que possuam pro- babilidade de disparo nas transições. A arquitetura pode ser utilizada para implementar sistemas de controle (e n~ao para a avaliacao das propriedades da Rede de Petri), permi- tindo a implementacao física por meio de mapeamento tecnologico diretamente no nível comportamental, sem a necessidade de se utilizar um processo de síntese de alto nível para descrever o sistema em equações booleanas e tabelas de transição de estados. A arquitetura é composta por um arranjo de blocos de configuracao denominados BCERPs, por blocos reconfiguráveis denominados BCGNs e por um sistema de comunicacão, implementado por um conjunto de roteadores. Os blocos BCERPs podem ser configurados para implementar as transições da Rede de Petri e seus respectivos lugares de entrada. Blocos BCGNs são utilizados pelos blocos BCERPs para a geração de numeros pseudo-aleatorios. Estes numeros podem definir a probabilidade de disparo das transições e tambem podem ser usados no processo de resolução de conflito, que ocorre quando uma transição possuir um ou mais lugares de entrada compartilhados com outras transições. O sistema de comunicacão possui uma topologia de grelha, tendo como principal função o roteamento e armazenamento de pacotes entre os blocos de configuração. Os roteadores e blocos de configuração BCERPs e BCGNs foram descritos em VHDL e implementados em FPGAs. / The goal of this thesis is to develop a reconfigurable multiprocessed architecture that allows the physical implementation of systems described by T-timed colored Petri nets with constant arcs having transitions with firing probabilities. The architecture can be used to implement control systems (not to evaluation Petri net properties). With this architecture, physical implementation of systems can be achieved through technology mapping directly from behavioral level, without the need to go through an expensive high level synthesis process to describe the system into boolean equations and state transition tables. The architecture comprises an array of configuration blocks named BCERPs; reconfigurable blocks named BCGNs; and a communication system implemented using a set of routers. BCERP blocks can be configured to implement Petri net transitions as well as the corresponding input places. BCGN blocks are used by BCERPs for pseudo random number generation. These numbers can define transitions firing probabilities. They can also be used for conflit resolution, which happens when two or more transitions share one or more input places. The communication system presents a grid topology. Its main functions are packet storage and routing among configuration blocks. The routers, BCGNs and BCERPs configuration blocks were described in VHDL and implemented in FPGAs.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-18Bitstream added on 2014-06-13T20:39:07Z : No. of bitstreams: 1 silva_acf_me_sjrp.pdf: 755746 bytes, checksum: 5b2a1cb0e6e080206f35e9d600049104 (MD5) / A computação reconfigurável aparece como uma alternativa viável para a crescente demanda por desempenho em sistemas computacionais. Devido ao grande desenvolvimento de pesquisas nesta area, tornam-se cada vez mais necessárias ferramentas para auxílio ao desenvolvimento ou migraçõ de aplicativos para as arquiteturas que dão suporte a este novo paradigma. Dentro deste contexto, neste trabalho e apresentado o desenvolvimento de um compilador para arquitetura reconfigurável, desenvolvido com base no framework Phoenix, que tem como objetivo gerar c odigo para o Nios II. Nios II e um processador RISC virtual que pode ser executado sobre um FPGA. Os resultados obtidos durante o desenvolvimento do trabalho demonstram sua viabilidade e sua utilidade na geração de aplicativos para plataformas reconfiguráveis. / The recon gurable computing appears as an possible alternative for the growing demand for performance in computing systems. Due to the large research's development in this area, it becomes increasingly necessary tools for development aiding or migration of applications for architectures that supports this new paradigm. In this context, this work presents the development of a compiler for recon gurable architecture. It was based on Phoenix framework, that aims to generate code for Nios II. Nios II is a virtual RISC processor that can be implemented on a FPGA. The results that was obtained while the work development evidences its practicability and utility to generate applications for recon gware.

Estudar as propriedades físicas do solo envolve conhecer a umidade, o transporte de água e solutos, a densidade, a identificação da porosidade, o que é essencial para o crescimento de raízes das plantas. Para esses estudos, a tomografia de raios X tem se mostrado uma técnica útil. As imagens tomográficas são obtidas através de projeções (sinais) que são reconstruídos com algoritmos adequados. No processo de aquisição dessas projeções, podem surgir ruídos provenientes de diferentes fontes. O sinal tomográfico apresenta ruídos que possuem uma distribuição de Poisson gerada pela contagem de fótons, bem como o detector de fótons é influenciado por uma presença de ruído eletrônico com uma distribuição Gaussiana. Essas diferentes distribuições podem ser mapeadas com transformadas não lineares específicas que alteram uma distribuição Gaussiana para outros tipos de distribuições, como a de transformada de Anscombe (Poisson) ou transformada de Box-Muller (Uniforme), mas são aproximações que apresentam erros acumulativos. As transformadas podem ser então mapeadas por um sistema de redes neurais, o que garante um melhor resultado com o filtro de Kalman não linear em que os pesos da rede e as medidas das projeções são estimados em conjunto. Este trabalho apresenta uma nova solução com filtragem de Kalman descentralizada utilizando redes neurais artificiais embarcada em uma arquitetura reconfigurável com o intuito de obter se um valor ótimo de melhoria na relação Sinal/Ruído de projeções tomográficas e consequentemente nas imagens reconstruídas proporcionando melhorias para os métodos de análise dos físicos de solos agrícolas. / To study the physical properties of soil moisture involves knowing the transport of water and solutes, density, porosity identification, which is essential for the growth of plant roots. For these studies, X-ray tomography has been shown to be a useful technique. The tomographic images are obtained through projections (signals) that are reconstructed with appropriate algorithms. In the process of acquiring these projections, noise can arise from different sources. The tomographic signal is noisy which have a Poisson distribution generated by photon counting, and the photon detector is influenced by a presence of electronic noise with a Gaussian distribution. These different distributions can be mapped to specific nonlinear transformed altering a Gaussian distribution for other types of distributions, such as the Anscombe transform (Poisson) or Box-Muller transform (Uniform), but are approximations that have cumulative errors. Transforms can then be mapped by a neural network system, which ensures a better result with nonlinear Kalman filter in which the network weights and measures of the projections are estimated together. This work presents a new solution to the unscented Kalman filtering using artificial neural networks embedded in a reconfigurable architecture in order to obtain an optimum value of improvement in S/N ratio of tomographic projections and consequently the images reconstructed by providing improvements for the methods of physical parameters of the agricultural soils.

As b-splines são utilizadas em sistemas CAD/CAM/CAE para representar e definir curvas e superfícies complexas, sendo adotada pelos principais padrões da computação gráfica devido a características como representação matemática de forma compacta, flexibilidade e transformações afins. Em sistemas de aquisição de dados 3D e sistemas CAM-CNC integrados, a utilização da b-spline na transferência de informações geométricas e na reconstrução da superfície de objetos resulta em um significativo incremento na eficiência do processo, geralmente implementado em sistemas embarcados. Nestes sistemas embarcados, integrados no auxílio a máquinas de manufatura, a utilização de FPGAs é incipiente, sem circuitos para b-splines disponibilizados em lógica reconfigurável de circuito aberto (open core), razão pela qual este projeto propõe o desenvolvimento de um circuito de geração b-spline aberto, em um sistema embarcado FPGA, utilizando algoritmos adaptados para os circuitos, elaborados em linguagem Verilog HDL, padronizada para a síntese de circuitos em lógica reconfigurável. Os circuitos foram desenvolvidos, utilizando-se um barramento de dados padronizado em circuito aberto, nas seguintes implementações para processamento paralelo das b-splines: o BFEA, o método baseado em funções base fixas, ambos projetados para circuitos integrados, e o fast Cox-de Boor, desenvolvido para FPGAs. Foram comparados o tempo de execução e o consumo de recursos disponíveis no FPGA utilizado, entre cada implementação. Os resultados evidenciaram que os circuitos de funções base fixas apresentaram o processamento mais rápido para a geração de b-splines em um FPGA, com um tempo de execução em média 20% menor em relação às outras implementações. Os circuitos BFEA apresentaram a menor utilização de elementos lógicos, em média 50% menor em relação aos outros circuitos implementados. O circuito fast Cox-de Boor apresentou a melhor escalabilidade, devido à modularidade da implementação, com tempos de execução similares aos circuitos de funções base fixas. / The b-splines are used in CAD/CAM/CAE systems to represent and define complex curves and surfaces, being adopted by the main computer graphics standards due to features like compact mathematic representation, flexibility and affine transformations. In 3D acquisition systems and integrated CAM-CNC systems, the use of the b-spline in the geometric information data transfer and in the object surface reconstruction results in a increase in the process efficiency, generally implemented in embedded systems. In these embedded systems, integrated in the aid to manufacturing machines, the use of FPGAs is incipient, without available b-splines open core circuits in reconfigurable logic, the reason why this project propose the development of a b-spline generation open core circuit, in a FPGA embedded system, using adaptated algorithms for the circuits, made in Verilog HDL language, standardized for the circuit synthesis in reconfigurable logic. The circuits were developed, using an open core standardized data bus, in the following implementations of b-spline parallel processing: the BFEA, fixed basis functions based method, both designed for integrated circuits, and the fast Cox-de Boor, developed for FPGAs. The execution time and available resource consumption in the FPGA were compared, between each implementation. The results show that the fixed basis functions circuits presented the fastest processing for the b-splines generation in a FPGA, with a 20% mean execution time reduction in relation to the other implementations. The BFEA circuits presented the lowest logic elements use, in mean 50% fewer in relation to the other implemented circuits. The fast Cox-De Boor circuit presented the best scalability, due to the implementation modularity, with execution times similar to the fixed basis functions circuits.