• 실천공학교육논문지
• /
• 제8권2호
• /
• pp.111-120
• /
• 2016

여러 가지 센서를 이용한 IOT(Internet Of Thing) 시스템의 FPGA 설계용 교육장비를 소개한다. 센서들은 다양한 출력 방식을 가지고 있어서 출력 방식에 따른 센서 인터페이스 컨트롤러를 FPGA 상에서 설계가 필요하다. 본 장비는 아날로그 출력인 경우에 FPGA(Field Programmable Gate Array)내에 있는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 방식과 디지털 출력인 경우에 $I^2C$(Inter-Integrated Circuit), SPI(Serial Peripheral Interface Bus) 통신방식 및 GPIO(General-Purpose Input/Output)를 통해 사용한 방식에 따른 여러 가지 센서 인터페이스 컨트롤러의 설계가 가능하다. 이미지 센서를 이용해서 영상 처리 하드웨어 설계가 가능하고 더불어 영상 및 영상처리 결과를 모니터에 출력하는 VGA(Video Graphics Array) 컨트롤러 설계도 가능하다. 본 장비는 유,무선 네트워크에 통신이 가능한 IOT 시스템을 위해서 한 칩에 디지털 하드웨어와 Linux System을 결합한SOC(System on Chip) 설계가 가능하다. 이 장비를 이용해서 "이미지센서 기반의 하드웨어 설계와 가속도센서 기반의 하드웨어 설계"의 사례를 소개하고 그 설계를 기반으로 "FPGA를 이용한 디지털시스템 설계" 교과목의 교육 가능한 사례를 소개한다. 학생들에 의해서 새롭게 설계한 하드웨어를 본 FPGA를 이용해서 하드웨어 장비에 적용시키는 능력을 배양할 수 있고, 또한 개념설계, 부분설계, 상세설계를 통해서 FPGA 기반 하드웨어의 창의적 종합설계 능력을 키울 수 있다.

• 한국전자통신학회논문지
• /
• 제9권10호
• /
• pp.1117-1123
• /
• 2014

원자력 산업계는 최근 원전 계측제어계통 설비의 단종과 같은 예상치 못한 환경에 직면해오고 있으며, 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 노력하고 있다. IAEA, IEC, 등의 연구결과에 따르면, FPGA는 단종이 예상되는 제어계통에의 대체수단으로 주목받고 있다. 단종의 영향을 받지 않은 특성을 갖더라도 FPGA가 원자력 플랜트의 PLC (Programmable Logic Controller)를 대체하기 위해서는 높은 신뢰성을 가져야 한다. 따라서, FPGA 기반 제어기의 신뢰성을 향상시키기 위한 소프트웨어 개발 및 MTBF (Mean Time Between Failures)를 포함한 신뢰도분석이 MIL-HDBK-217F에 따라 수행되었다. MTBF는 FPGA 기반 제어기와 COMMON-Q PLC의 신뢰도인 MTBF가 비교분석된다. 신뢰도분석결과 FPGA 기반 제어기는 원전적용 PLC 동등이상의 신뢰성을 나타냄을 확인하였다.

• 컴퓨터교육학회논문지
• /
• 제16권3호
• /
• pp.99-105
• /
• 2013

ASIC설계에서 FPGA를 이용한 에뮬레이션은 설계 검증을 위한 필수 단계이다. ASIC으로 설계된 모델을 가능한 최대 동작주파수로 에뮬레이션하기 위해서는 FPGA의 특성을 이해해야 한다. 본 논문은 FPGA의 주요 제조사인 Xilinx와 Altera의 여러 디바이스에 다양한 가산기와 MIPS CPU를 포팅하여, 디자인 복잡도에 따른 현대 FPGA의 특성을 연구하였다. 실험 결과, 일반적인 통념과는 다르게 1-bit 가산기를 기반으로 디자인한 RCA는 FPGA 내부의 carry-chain을 활용하지 못했고, 그 결과 다른 타입의 가산기보다 낮은 성능을 보였다. 또한, 본 연구를 통해 Xilinx와 Altera 제조사 별 FPGA 특성에 확연한 차이가 있음을 확인하였다. 즉, 동작속도에 최적화하여 설계된 Prefix 가산기를 Xilinx 디바이스에 포팅했을 때 저조한 동작주파수를 보였으나, Altera 디바이스에서는 IP Core와 비슷한 성능을 보였다. 이는 Altera 디바이스에서는 FPGA의 면적만 허락한다면 ASIC에 최적화된 설계를 그대로 사용하여도 에뮬레이션 성능에 영향을 미치지 않음을 시사한다. MIPS CPU를 통한 실험은 이를 뒷받침한다.

• 한국지능시스템학회논문지
• /
• 제9권6호
• /
• pp.634-643
• /
• 1999

본 논문은 재구성 가능한 FPGA 시스템 상에 퍼지 제어기의 구현 방안을 다룬다. 제안한 구현 방안은 퍼지 제어기를 시간적으로 독립적인 여러모듈로 분할 하여 이들을 미리 독립적으로구현하여 둔다음 각 시점에서 원하는 모듈을 불러 사용하는 실행 시점(run-time)재구성 방법으로 하나의 FPGA가 갖는 셀 직접도의 제약으로 인해 하나의 FPGA 칩상에 전체 퍼지 제어기를 구현하기가 불가능한 경우에 효과적으로 이용될수 있다. 이를 위해 퍼지 제어기의 각 모듈은 VHDL언어로 기술되어 FPGA 컴파일러에 의해 합성된후 Xilinx사의 Xact 장비에 의해 최적화 및 배치 배선이 수행되어 FPGA상에 eidnsfhem 가능한 하드웨어 객체(hardware object)상태로만들어진다. 이후 퍼지 제어기를 구현하기 위해서는 각시점에 원하는 무듈의 하드웨어 객체를 불러 FPGA를 재구성한다, 트럭 후진 주차제어용 퍼지 제어기를 제안한 실행 시간 재구성법에 의해 직접 구현하여 제어 동작 상태를 테스트해 봄으로서 제안한 퍼지 제어기 구현 방법의 타당성을 확인하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.10-18
• /
• 2018

본 논문은 Xilinx FPGA(Field Programmable Gate Array)에 다운로드하는 비트스트림으로부터 FPGA의 리소스 중 하나인 LUT(Look Up Table)로직을 재합성하는 방법을 제안한다. 비트스트림과 디바이스 구조는 밀접한 관계가 있기 때문에, 비트스트림을 분석하기 위해서 FPGA디바이스 구조를 분석해야 한다. 동일한 네트리스트를 사용하여 여러 가지 로직을 합성하거나, 위치를 변경하면서 로직을 합성하는 등 다양한 상황, 여러 입력 변수에 대한 비트스트림과 FPGA 디바이스 구조를 비교분석해 비트스트림 구조를 파악한다. 분석된 비트스트림 구조와 다양한 논리함수의 비트스트림을 바탕으로 하나의 LUT에 대한 진리표를 구성하고, 구성된 LUT의 진리표와 제안한 알고리즘을 기반으로 LUT의 로직을 재합성 한다. 제안한 알고리즘은 LUT에 로직을 구현할 때 사용되는 입력 핀과 출력 핀을 결정할 수 있으며, FPGA에 다운로드 되는 비트스트림으로부터 게이트 레벨의 로직회로를 얻을 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
• /
• 제9권6호
• /
• pp.681-687
• /
• 2014

원자력 산업계는 최근 원전 계측제어계통 설비의 단종과 같은 예상치 못한 환경에 직면해오고 있으며, 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 노력하고 있다. IAEA, IEC, 등의 연구결과에 따르면, FPGA는 단종이 예상되는 제어계통에의 대체수단으로 주목받고 있다. FPGA가 원자력 플랜트의 PLC(Programmable Logic Controller)를 대체하기 위해서는 높은 건정성과 신뢰성을 가져야 한다. 따라서, FPGA 기반 제어기의 건전성과 신뢰성을 향상시키기 위하여 HDL 개발수명주기를 적용하여 개발하였다. 또한, 원전 계측제어계통에 적용하기 위하여 번인시험과 환경시험의 기기검증이 수행되었다. 시험수행결과, 352시간의 번인시험과 92시간의 환경시험 중에 정상적인 기능 및 성능을 수행함을 확인할 수 있었다.

• 전기전자학회논문지
• /
• 제21권4호
• /
• pp.358-367
• /
• 2017

최근 운전자의 편의와 안전을 위해 전방 차량 추돌 감지 시스템(Front Collision Warning System : FCWS)과 같은 다양한 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System : ADAS)이 개발되고 있다. FCWS는 주행 중 실시간으로 동작해야 하기 때문에 높은 처리속도를 필요로 한다. 또한 자동차의 전장화에 따라 FCWS를 차량용 임베디드 시스템에서 동작시키기 위해 저전력 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 FCWS를 CPU-FPGA 구조에서 실시간 처리가 가능하도록 구현하였다. 차선 검출은 Inverse Transform Perspective(IPM)와 슬라이딩 윈도우 방식을 이용하여 CPU에서도 빠른 속도로 동작할 수 있도록 하였다. 차량검출은 높은 인식률을 가지는 Convolutional Neural Network(CNN)을 이용하였고, FPGA에서 병렬처리로 가속하였다. 제안하는 구조는 저전력으로 동작하는 ARM-Core A9과 FPGA를 내장한 Intel FPGA Cyclone V SoC(System on Chip)에서 검증하였다. HD해상도에서 FCWS는 44FPS로 실시간으로 동작하며, 고성능 PC 환경보다 처리속도 대비 에너지 효율이 약 3.33배 높은 것을 확인했다.

• 한국전자통신학회논문지
• /
• 제8권11호
• /
• pp.1707-1712
• /
• 2013

본 논문에서는 기존의 DSP, MCU, FPGA 기반의 모션 제어기들의 구조적인 문제점을 개선하기 위하여 최신 All Programmable SoC 인 Zynq EPP를 이용한 FPGA + 임베디드 프로세서 기반의 모터 제어기에 대한 하드웨어를 구현하였다. 구현한 모터 제어기는 FPGA와 임베디드 프로세서의 장점을 융합한 제어기로서 고속의 모터 제어용 신호처리 부분은 FPGA 기반의 모터 제어기가 수행한다. 복잡한 소수연산 등의 알고리즘 처리가 요구되는 모션 프로파일 및 기구학 계산 등은 듀얼 코어 기반의 임베디드 프로세서에서 처리하여 하나의 칩에서 분산처리 효과를 실현할 수 있는 구조적인 장점을 가진다. 또한 FPGA 상에 구현된 모터 제어 IP 코어의 추가를 통하여 손쉬운 다축 모터 제어기로의 구성이 가능한 장점도 가진다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제25권10호
• /
• pp.1279-1286
• /
• 2021

Electrocardiogram (ECG) 신호는 심장의 이상을 조기에 진단하기 위한 좋은 지표이다. ECG 신호는 사람마다 기준이 되는 정상 신호의 형태가 다르고, 진단에 많은 데이터가 필요하다. 본 논문에서는 ECG 신호 진단을 효율적으로 가속하기 위한 OpenCL을 기반 FPGA-GPU 혼합 계층 적응형 플랫폼을 제안한다. 플랫폼에서 MIT-BIH 부정맥 신호데이터의 19870개 ECG 신호를 진단한 결과 FPGA 가속기는 진단 시간이 1.15s로 소프트웨어로 실행했을 때보다 89.94% 감소하였고, 전력 소모는 84.0% 감소하였다. GPU 가속기는 실행 시간이 소프트웨어 대비 83.56% 감소한 1.87s였으며, 전력 소모는 62.3% 감소하였다. 제안하는 FPGA-GPU 혼합 플랫폼은 FPGA 가속기보다 진단 속도가 느리지만 GPU를 이용하여 상황에 따라 유연한 알고리즘을 동작할 수 있다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
• /
• 제어로봇시스템학회 2003년도 ICCAS
• /
• pp.575-580
• /
• 2003

In this paper, we develop a control hardware such as an FPGA based general purpose controller with a DSP board to solve nonlinear control problems. PID control algorithms are implemented in an FPGA and neural network control algorithms are implemented in a DSP board. PID controllers implemented on an FPGA was designed by using VHDL to achieve high performance and flexibility. By using high capacity of an FPGA, the additional hardware such as an encoder counter and a PWM generator, can be implemented in a single FPGA device. As a result, the noise and power dissipation problems can be minimized and the cost effectiveness can be achieved. In order to show the performance of the developed controller, it was tested for controlling nonlinear systems such as an inverted pendulum.