Submitted by Marcele Costal de Castro (costalcastro@gmail.com) on 2017-09-11T16:58:30Z No. of bitstreams: 1 MARCOS SANTANA FARIAS M.pdf: 2706795 bytes, checksum: 414980038fa7646a1a63ad0fb8fe4fad (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T16:58:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCOS SANTANA FARIAS M.pdf: 2706795 bytes, checksum: 414980038fa7646a1a63ad0fb8fe4fad (MD5) Previous issue date: 2012-02 / Fontes radioativas possuem radionuclídeos. Um radionuclídeo é um átomo com um núcleo instável, ou seja, um núcleo caracterizado pelo excesso de energia que está disponível para ser emitida. Neste processo, o radionuclídeos sofre o decaimento radioativo e emite raios gama e partículas subatômicas, constituindo-se na radiação ionizante. Então, a radioatividade é a emissão espontânea de energia a partir de átomos instáveis. A identificação correta de radionuclídeos pode ser crucial para o planejamento de medidas de proteção, especialmente em situações de emergência, definindo o tipo de fonte de radiação e seu perigo radiológico. Esta dissertação apresenta a aplicação do m´método de agrupamento subtrativo, implementada em hardware, para um sistema de identificação de elementos radioativos com uma resposta rápida e eficiente. Quando implementados em software, os algoritmos de agrupamento consumem muito tempo de processamento. Assim, uma implementação dedicada para hardware configurável é uma boa opção em sistemas embarcados, que requerem execução em tempo real, bem como baixo consumo de energia. A arquitetura proposta para o hardware de cálculo do agrupamento subtrativo é escalável, permitindo a inclusão de mais unidades de agrupamento subtrativo para operarem em paralelo. Isso proporciona maior flexibilidade para acelerar o processo de acordo com as restrições de tempo e de área. Os resultados mostram que o centro do agrupamento pode ser identificado com uma boa eficiência. A identificação desses pontos pode classificar os elementos radioativos presentes em uma amostra. Utilizando este hardware foi possível identificar mais do que um centro de agrupamento, o que permite reconhecer mais de um radionuclídeos em fontes radioativas. Estes resultados revelam que o hardware proposto pode ser usado para desenvolver um sistema portátil para identificação radionuclídeos. / Radioactive sources include radionuclides. A radionuclide is an atom with an unstable nucleus, i.e. a nucleus characterized by excess of energy, which is available to be imparted. In this process, the radionuclide undergoes radioactive decay and emits gamma rays and subatomic particles, constituting the ionizing radiation. So, radioactivity is the spontaneous emission of energy from unstable atoms. Correct radionuclide identification can be crucial to planning protective measures, especially in emergency situations, by defining the type of radiation source and its radiological hazard. This project introduces the application of subtractive clustering method, in a hardware implementation, for an identification system of radioactive elements that allows a rapid and efficient identification. In software implementations, clustering algorithms, usually, are demanding in terms of processing time. Thus, a custom implementation on reconfigurable hardware is a viable choice in embedded systems, so as to achieve real-time execution as well as low power consumption. The proposed architecture for the hardware of subtractive clustering is scalable, allowing for the inclusion of more of subtractive clustering unit that operate in parallel. This provides greater flexibility to accelerate the hardware with respect to the time and area requirements. The results show that the expected cluster center can be identified with efficiently. The identification of these points can classify the radioactive elements present in a sample. Using the designed hardware, it is possible to identify more than one cluster center, which would lead to the recognition of more than one radionuclide in radioactive sources. These results reveal that the proposed hardware to subtractive cluster can be used to design a portable system for radionuclides identification.

ChipCflow é o projeto de uma ferramenta para execução de algoritmos escritos em linguagem C utilizando o modelo a fluxo de dados dinâmico em hardware com reconfiguração parcial. O objetivo principal do projeto ChipCflow é a aceleração da execução de programas por meio da execução direta em hardware, aproveitando ao máximo o paralelismo considerado natural do modelo a fluxo de dados. Em particular nesta parte do projeto, realizou-se a prova de conceito para a programação a fluxo da dados em hardware reconfigurável. O modelo de fluxo de dados utilizado foi o estático em plataforma sem reconfiguração parcial, dada a complexidade desse sistema, que faz parte de outro módulo em desenvolvimento no projeto ChipCflow / In order to convert C Language into hardware, a ChipCflow project, is a fundamental element to be used. In particular, dynamic dataflow architecture can be generated to produce a high level of parallelism to be executed into a partial reconfigurable hardware. Because of the complexity of the partial reconfigurable system, in this part of the project, a poof-of-concept was described as a program to be executed in a static reconfigurable hardware. The partial reconfiguration is a focus on another part of the ChipCflow project

ChipCflow é o projeto de uma ferramenta para execução de algoritmos escritos em linguagem C utilizando o modelo a fluxo de dados dinâmico em hardware com reconfiguração parcial. O objetivo principal do projeto ChipCflow é a aceleração da execução de programas por meio da execução direta em hardware, aproveitando ao máximo o paralelismo considerado natural do modelo a fluxo de dados. Em particular nesta parte do projeto, realizou-se a prova de conceito para a programação a fluxo da dados em hardware reconfigurável. O modelo de fluxo de dados utilizado foi o estático em plataforma sem reconfiguração parcial, dada a complexidade desse sistema, que faz parte de outro módulo em desenvolvimento no projeto ChipCflow / In order to convert C Language into hardware, a ChipCflow project, is a fundamental element to be used. In particular, dynamic dataflow architecture can be generated to produce a high level of parallelism to be executed into a partial reconfigurable hardware. Because of the complexity of the partial reconfigurable system, in this part of the project, a poof-of-concept was described as a program to be executed in a static reconfigurable hardware. The partial reconfiguration is a focus on another part of the ChipCflow project

Os algoritmos de navegação, para robôs móveis, baseados em células, ainda são de alto custo computacional. Depois de uma pesquisa dentre os algoritmos disponivéis, realizando comparações de desempenho entre salas e corredores chegou-se a um algoritmo que além de ótimo era altamente usado dentro do universo da robótico. Este algoritmo, baseado em Campos Potenciais, usado para desvio de obstáculos e planejamento de caminhos locais, foi implementado em hardware reconfigurável usando uma FPGA Altera. Comparações entre este hardware reconfigurável e processadores de propósito geral foram realizadas para concluir o trabalho.

Os algoritmos de navegação, para robôs móveis, baseados em células, ainda são de alto custo computacional. Depois de uma pesquisa dentre os algoritmos disponivéis, realizando comparações de desempenho entre salas e corredores chegou-se a um algoritmo que além de ótimo era altamente usado dentro do universo da robótico. Este algoritmo, baseado em Campos Potenciais, usado para desvio de obstáculos e planejamento de caminhos locais, foi implementado em hardware reconfigurável usando uma FPGA Altera. Comparações entre este hardware reconfigurável e processadores de propósito geral foram realizadas para concluir o trabalho.

Com o aumento crescente das capacidades dos circuitos integrado e conseqüente complexidade das aplicações, em especial as embarcadas, um requisito tem se tornado fundamental no desenvolvimento desses sistemas: ferramentas de desenvolvimento cada vez mais acessíveis aos engenheiros, permitindo, por exemplo, que um programa escrito em linguagem C possa ser convertido diretamente em hardware. Os FPGAs (Field Programmable Gate Array), elemento fundamental na caracterização de computação reconfigurável, é um exemplo desse crescimento, tanto em capacidade do CI como disponibilidade de ferramentas. Esse projeto teve como objetivos: estudar algumas ferramentas de conversão C, C++ ou Java para hardware reconfigurável; estudar benchmarks a serem executadas nessas ferramentas para obter desempenho das mesmas, e ter o domínio dos conceitos na conversão de linguagens de alto nível para hardware reconfigurável. A plataforma utilizada no projeto foi a da empresa Xilinx XUP V2P / With the growing capacities of Integrated Circuits (IC) and the complexity of the applications, especially in embedded systems, there are now requisites for developing tools that convert algorithms C direct into the hardware. As a fundamental element to characterize Reconfigurable Computing, FPGA (Field Programmable Gate Array) is an example of those CIs, as well as the tools that have been developed. In this project we present different tools to convert C into the hardware. We also present benchmarks to be executed on those tools for performance analysis. Finally we conclude the project presenting results relating the experience to implement C direct into the hardware. The Xilinx XUP V2P platform was used in the project

Com o aumento crescente das capacidades dos circuitos integrado e conseqüente complexidade das aplicações, em especial as embarcadas, um requisito tem se tornado fundamental no desenvolvimento desses sistemas: ferramentas de desenvolvimento cada vez mais acessíveis aos engenheiros, permitindo, por exemplo, que um programa escrito em linguagem C possa ser convertido diretamente em hardware. Os FPGAs (Field Programmable Gate Array), elemento fundamental na caracterização de computação reconfigurável, é um exemplo desse crescimento, tanto em capacidade do CI como disponibilidade de ferramentas. Esse projeto teve como objetivos: estudar algumas ferramentas de conversão C, C++ ou Java para hardware reconfigurável; estudar benchmarks a serem executadas nessas ferramentas para obter desempenho das mesmas, e ter o domínio dos conceitos na conversão de linguagens de alto nível para hardware reconfigurável. A plataforma utilizada no projeto foi a da empresa Xilinx XUP V2P / With the growing capacities of Integrated Circuits (IC) and the complexity of the applications, especially in embedded systems, there are now requisites for developing tools that convert algorithms C direct into the hardware. As a fundamental element to characterize Reconfigurable Computing, FPGA (Field Programmable Gate Array) is an example of those CIs, as well as the tools that have been developed. In this project we present different tools to convert C into the hardware. We also present benchmarks to be executed on those tools for performance analysis. Finally we conclude the project presenting results relating the experience to implement C direct into the hardware. The Xilinx XUP V2P platform was used in the project

Fontes radioativas possuem radionuclídeos. Um radionuclídeo é um átomo com um núcleo instável, ou seja, um núcleo caracterizado pelo excesso de energia que está disponível para ser emitida. Neste processo, o radionuclídeo sofre o decaimento radioativo e emite raios gama e partículas subatômicas, constituindo-se na radiação ionizante. Então, a radioatividade é a emissão espontânea de energia a partir de átomos instáveis. A identificação correta de radionuclídeos pode ser crucial para o planejamento de medidas de proteção, especialmente em situações de emergência, definindo o tipo de fonte de radiação e seu perigo radiológico. Esta dissertação apresenta a aplicação do método de agrupamento subtrativo, implementada em hardware, para um sistema de identificação de elementos radioativos com uma resposta rápida e eficiente. Quando implementados em software, os algoritmos de agrupamento consumem muito tempo de processamento. Assim, uma implementação dedicada para hardware reconfigurável é uma boa opção em sistemas embarcados, que requerem execução em tempo real, bem como baixo consumo de energia. A arquitetura proposta para o hardware de cálculo do agrupamento subtrativo é escalável, permitindo a inclusão de mais unidades de agrupamento subtrativo para operarem em paralelo. Isso proporciona maior flexibilidade para acelerar o processo de acordo com as restrições de tempo e de área. Os resultados mostram que o centro do agrupamento pode ser identificado com uma boa eficiência. A identificação desses pontos pode classificar os elementos radioativos presentes em uma amostra. Utilizando este hardware foi possível identificar mais do que um centro de agrupamento, o que permite reconhecer mais de um radionuclídeo em fontes radioativas. Estes resultados revelam que o hardware proposto pode ser usado para desenvolver um sistema portátil para identificação radionuclídeos. / Radioactive sources include radionuclides. A radionuclide is an atom with an unstable nucleus, i.e. a nucleus characterized by excess of energy, which is available to be imparted. In this process, the radionuclide undergoes radioactive decay and emits gamma rays and subatomic particles, constituting the ionizing radiation. So, radioactivity is the spontaneous emission of energy from unstable atoms. Correct radionuclide identification can be crucial to planning protective measures, especially in emergency situations, by defining the type of radiation source and its radiological hazard. This project introduces the application of subtractive clustering method, in a hardware implemnetation, for an identification system of radioactive elements that allows a rapid and efficient identification. In software implementations, clustering algorithms, usually, are demanding in terms of processing time. Thus, a custom implementation on reconfigurable hardware is a viable choice in embedded systems, so as to achieve real-time execution as well as low power consumption. The proposed architecture for the hardware of subtractive clustering is scalable, allowing for the inclusion of more of subtractive clustering unit that operate in parallel. This provides greater flexibility to accelerate the hardware with respect to the time and area requirements. The results show that the expected cluster center can be identified with efficiently. The identification of these points can classify the radioactive elements present in a sample. Using the designed hardware, it is possible to identify more than one cluster center, which would lead to the recognition of more than one radionuclide in radioactive sources. These results reveal that the proposed hardware to subtractive cluster can be used to design a portable system for radionuclides identification.

Fontes radioativas possuem radionuclídeos. Um radionuclídeo é um átomo com um núcleo instável, ou seja, um núcleo caracterizado pelo excesso de energia que está disponível para ser emitida. Neste processo, o radionuclídeo sofre o decaimento radioativo e emite raios gama e partículas subatômicas, constituindo-se na radiação ionizante. Então, a radioatividade é a emissão espontânea de energia a partir de átomos instáveis. A identificação correta de radionuclídeos pode ser crucial para o planejamento de medidas de proteção, especialmente em situações de emergência, definindo o tipo de fonte de radiação e seu perigo radiológico. Esta dissertação apresenta a aplicação do método de agrupamento subtrativo, implementada em hardware, para um sistema de identificação de elementos radioativos com uma resposta rápida e eficiente. Quando implementados em software, os algoritmos de agrupamento consumem muito tempo de processamento. Assim, uma implementação dedicada para hardware reconfigurável é uma boa opção em sistemas embarcados, que requerem execução em tempo real, bem como baixo consumo de energia. A arquitetura proposta para o hardware de cálculo do agrupamento subtrativo é escalável, permitindo a inclusão de mais unidades de agrupamento subtrativo para operarem em paralelo. Isso proporciona maior flexibilidade para acelerar o processo de acordo com as restrições de tempo e de área. Os resultados mostram que o centro do agrupamento pode ser identificado com uma boa eficiência. A identificação desses pontos pode classificar os elementos radioativos presentes em uma amostra. Utilizando este hardware foi possível identificar mais do que um centro de agrupamento, o que permite reconhecer mais de um radionuclídeo em fontes radioativas. Estes resultados revelam que o hardware proposto pode ser usado para desenvolver um sistema portátil para identificação radionuclídeos. / Radioactive sources include radionuclides. A radionuclide is an atom with an unstable nucleus, i.e. a nucleus characterized by excess of energy, which is available to be imparted. In this process, the radionuclide undergoes radioactive decay and emits gamma rays and subatomic particles, constituting the ionizing radiation. So, radioactivity is the spontaneous emission of energy from unstable atoms. Correct radionuclide identification can be crucial to planning protective measures, especially in emergency situations, by defining the type of radiation source and its radiological hazard. This project introduces the application of subtractive clustering method, in a hardware implemnetation, for an identification system of radioactive elements that allows a rapid and efficient identification. In software implementations, clustering algorithms, usually, are demanding in terms of processing time. Thus, a custom implementation on reconfigurable hardware is a viable choice in embedded systems, so as to achieve real-time execution as well as low power consumption. The proposed architecture for the hardware of subtractive clustering is scalable, allowing for the inclusion of more of subtractive clustering unit that operate in parallel. This provides greater flexibility to accelerate the hardware with respect to the time and area requirements. The results show that the expected cluster center can be identified with efficiently. The identification of these points can classify the radioactive elements present in a sample. Using the designed hardware, it is possible to identify more than one cluster center, which would lead to the recognition of more than one radionuclide in radioactive sources. These results reveal that the proposed hardware to subtractive cluster can be used to design a portable system for radionuclides identification.

A ferramenta ChipCflow vem sendo desenvolvida nos últimos quatro anos, inicialmente a partir de um projeto de arquitetura a fluxo de dados dinâmico em hardware reconfigurável, mas agora como uma ferramenta de compilação. Ela tem como objetivo a execução de algoritmos por meio do modelo de arquitetura a fluxo de dados associado ao conceito de dispositivos parcialmente reconfiguráveis. Sua característica principal é acelerar o tempo de execução de programas escritos em Linguagem de Programação de Alto Nível (LPAN), do inglês, High Level Languages, em particular nas partes mais intensas de processamento. Isso é feito por meio da implementação dessas partes de código diretamente em hardware reconfigurável - utilizando a tecnologia Field-programmable Gate Array (FPGA) - aproveitando ao máximo o paralelismo considerado natural do modelo a fluxo de dados e as características do hardware parcialmente reconfigurável. Neste trabalho, o objetivo é a prova de conceito do processo de partição e do protocolo de comunicação entre as partições definidas a partir de um Grafo de Fluxo de Dados (GFD), para a execução direta em hardware reconfigurável utilizando Reconfiguração Parcial Dinâmica (RPD). Foi necessário elaborar um mecanismo de partição e protocolo de comunicação entre essas partições, uma vez que a RPD insere características tecnológicas limitantes não encontradas em hardwares reconfiguráveis mais tradicionais. O mecanismo criado se mostrou parcialmente adequado à prova de conceito, significando a possibilidade de se executar GFDs na plataforma parcialmente reconfigurável. Todavia, os tempos de reconfiguração inviabilizaram a proposta inicial de se utilizar RPD para diminuir o tempo de tag matching dos GFDs dinâmicos / The ChipCflow tool has been developed over the last four years, initially from an architectural design the flow of Dynamic Data in reconfigurable hardware, but now as a compilation tool. It aims to run algorithms using the model of the data flow architecture associated with the concept of partially reconfigurable devices. Its main feature is to accelerate the execution time of programs written in High Level Languages, particularly in the most intense processing. This is done by implementing those parts of code directly in reconfigurable hardware - using FPGA technology - leveraging the natural parallelism of the data flow model and characteristics of the partially reconfigurable hardware. In this work, the main goal is the proof of concept of the partition process and protocol communication between the partitions defined from Data Flow Graph for direct execution in reconfigurable hardware using Active Partial Reconfiguration. This required a mechanism to partition and a protocol for communication between these partitions, since the Active Partial Reconfiguration inserts technological features limiting not found in traditional reconfigurable hardware. The mechanism developed is show to be partially adequate to the proof of concept, meaning the ability to run Data Flow Graphs in a platform that is partially reconfigurable. However, the reconfiguration time inserts a great overhead into the execution time, which made the proposal of the use of Active Partial Reconfiguration to decrease the time matching Data Flow Graph unfeasible