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Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) support the reconfigurable computing paradigm by providing an integrated circuit hardware platform that facilitates software like reconfigurability. The addition of an embedded microprocessor and peripherals to traditional FPGA Combinational Logic Blocks (CLBs) interleaved with interconnections has effectively resulted in a programmable system on-chip. FPGAs are used to support flexible implementations of Application Specific Integrated Circuit (ASIC) functions. Because FPGAs are reconfigurable, they often are used in place of ASICs during the cicuit design process. FPGAs are also used when only a small number of ICs are required: ASICs necessitate large manufacturing runs to be economically viable; for smaller runs the use of FPGAs is an economic alternative. Application domains of interest, such as intelligent guidance systems, medical devices, and sensors, often require low power, inexpensive calculation of trance- dental functions. COordinate Rotation DIgital Computer (CORDIC) is an iterative algorithm used to emmulate hardware expensive multipliers, such as Multiply/ACculmulate (MAC) units, with only shift and add operations. However, because CORDIC is a sequential algorithm, characterized as having the latency of a serial multiplier, techniques that speed up computational performance have many applications.To this end, three implementations of standard CORDIC, (i) unrolled hardwired, (ii) unrolled programmable, and (iii) rolled programmable, were implemented on four Xilinx FPGA families: Virtex-4, -5, and -6, and Spartan-6. Although hardwired unrolled was found to have the greatest speed at the expense of no runtime flexibility, and rolled programmable was found to have the greatest flexibility and lowest silicon area consumption at the expense of the longest propagation delay, improvements to CORDIC implementations were still sought. Three parallelized CORDIC techniques, P-CORDIC, Flat-CORDIC, and Para-CORDIC, were implemented on the same four FPGA families. P-CORDIC and Flat-CORDIC, were shown to have the lowest latency under various conditions; Para-CORDIC was found to perform well in deeply pipelined, high throughput circuits. Design rules for when to use standard versus precomputation CORDIC techniques are presented. To address the low power requirements of many applications of interest, the Unfolded Multiplexor-LRB (UMUX-LRB), patent held by Sima, et al, was analyzed in weak inversion across four transistor technology nodes (180nm, 130nm, 90nm, and 65nm). Previous was also expanded from strong inversion across 180nm, 130nm, and 90nm technology nodes to also include 65nm. The UMUX-LRB interconnection network is based upon the Xilinx commercial interconnection network. Therefore, this network (MUX-LRB), and another static circuit technique, CMOS-Transmission Gates (CMOS-TG), were profiled across all four technology nodes to provide a baseline of comparision. This analysis found the UMUX-LRB to have the smallest and most balanced rising and falling edge propagation delay, in addition to having the greatest reliability for temperature and process variation. / Graduate

La synthèse d'images, qui consiste à développer des algorithmes pour générer des images à l'aide d'un ordinateur, est devenue incontournable dans de nombreuses disciplines. Les méthodes d'affichage interactives permettent à l'utilisateur d'explorer des environnements virtuels en réalisant l'affichage des images à une cadence suffisamment élevée pour donner une impression de continuité et d'immersion. Malgré les progrès réalisés par le matériel, de nouveaux besoins supplantent toujours les capacités de traitement, et des techniques d'accélération sont nécessaires pour parvenir à maintenir une cadence d'affichage suffisante. Ce travail s'inscrit précisemment dans ce cadre. Il est consacré à la problématique de l'élimination efficace des objets masqués, en vue d'accélérer l'affichage de scènes complexes. Nous nous sommes plus particulièrement intéressé aux méthodes de précalcul, qui effectuent les calculs coûteux de visibilité durant une phase de prétraitement et les réutilisent lors de la phase de navigation interactive. Les méthodes permettant un précalcul complet et exact sont encore hors de portée à l'heure actuelle, c'est pourquoi des techniques approchées leur sont préférée en pratique. Nous proposons trois méthodes de ce type. La première, présentée dans le chapitre 4, est un algorithme permettant de déterminer de manière exacte si deux polygones convexes sont mutuellement visibles, lorsque des écrans sont placés entre eux. Nos contributions principales ont été de simplifier cette requête, tant du point de vue théorique que du point de vue de l'implémentation, ainsi que d'accélérer son temps moyen d'exécution à l'aide d'un ensemble de techniques d'optimisation. Il en résulte un algorithme considérablement plus simple à mettre en oeuvre que les algorithmes exacts existant dans la littérature. Nous montrons qu'il est également beaucoup plus efficace que ces derniers en termes de temps de calcul. La seconde méthode, présentée dans le chapitre 5, est une approche originale pour encoder l'information de visibilité, qui consiste à stocker l'ombre que générerait chaque objet de la scène s'il était remplacé par une source lumineuse. Nous présentons une analyse des avantages et des inconvénients de cette nouvelle représentation. Finalement, nous proposons dans le chapitre 6 une méthode de calcul de visibilité adaptée aux scènes d'intérieur. Dans ce type d'environnements, les graphes cellules-portails sont très répandus pour l'élimination des objets masqués, en raison de leur faible coût mémoire et de leur grande efficacité. Nous reformulons le problème de la génération de ces graphes en termes de segmentation d'images, et adaptons un algorithme classique, appelé «watershed», pour les obtenir de manière automatique. Nous montrons que la décomposition calculée de la sorte est proche de la décomposition classique, et qu'elle peut être utilisée pour l'élimination des objets masqués.

La synthèse d'images, qui consiste à développer des algorithmes pour générer des images à l'aide d'un ordinateur, est devenue incontournable dans de nombreuses disciplines. <p><p>Les méthodes d'affichage interactives permettent à l'utilisateur d'explorer des environnements virtuels en réalisant l'affichage des images à une cadence suffisamment élevée pour donner une impression de continuité et d'immersion. Malgré les progrès réalisés par le matériel, de nouveaux besoins supplantent toujours les capacités de traitement, et des techniques d'accélération sont nécessaires pour parvenir à maintenir une cadence d'affichage suffisante. Ce travail s'inscrit précisemment dans ce cadre. Il est consacré à la problématique de l'élimination efficace des objets masqués, en vue d'accélérer l'affichage de scènes complexes. Nous nous sommes plus particulièrement intéressé aux méthodes de précalcul, qui effectuent les calculs coûteux de visibilité durant une phase de prétraitement et les réutilisent lors de la phase de navigation interactive. Les méthodes permettant un précalcul complet et exact sont encore hors de portée à l'heure actuelle, c'est pourquoi des techniques approchées leur sont préférée en pratique. Nous proposons trois méthodes de ce type.<p><p>La première, présentée dans le chapitre 4, est un algorithme permettant de déterminer de manière exacte si deux polygones convexes sont mutuellement visibles, lorsque des écrans sont placés entre eux. Nos contributions principales ont été de simplifier cette requête, tant du point de vue théorique que du point de vue de l'implémentation, ainsi que d'accélérer son temps moyen d'exécution à l'aide d'un ensemble de techniques d'optimisation. Il en résulte un algorithme considérablement plus simple à mettre en oeuvre que les algorithmes exacts existant dans la littérature. Nous montrons qu'il est également beaucoup plus efficace que ces derniers en termes de temps de calcul.<p><p><p>La seconde méthode, présentée dans le chapitre 5, est une approche originale pour encoder l'information de visibilité, qui consiste à stocker l'ombre que générerait chaque objet de la scène s'il était remplacé par une source lumineuse. Nous présentons une analyse des avantages et des inconvénients de cette nouvelle représentation. <p><p>Finalement, nous proposons dans le chapitre 6 une méthode de calcul de visibilité adaptée aux scènes d'intérieur. Dans ce type d'environnements, les graphes cellules-portails sont très répandus pour l'élimination des objets masqués, en raison de leur faible coût mémoire et de leur grande efficacité. Nous reformulons le problème de la génération de ces graphes en termes de segmentation d'images, et adaptons un algorithme classique, appelé «watershed», pour les obtenir de manière automatique. Nous montrons que la décomposition calculée de la sorte est proche de la décomposition classique, et qu'elle peut être utilisée pour l'élimination des objets masqués.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished