Field programmable gate array (FPGA)-based systems are thought to be a practical option to replace certain obsolete instrumentation and control systems in nuclear power plants. An FPGA is a type of integrated circuit, which is programmed after being manufactured. FPGAs have some advantages over other electronic technologies, such as analog circuits, microprocessors, and Programmable Logic Controllers (PLCs), for nuclear instrumentation and control, and safety system applications. However, safety-related issues for FPGA-based systems remain to be verified. Owing to this, modeling FPGA-based systems for safety assessment has now become an important point of research. One potential methodology is the dynamic flowgraph methodology (DFM). It has been used for modeling software/hardware interactions in modern control systems. In this paper, FPGA logic was analyzed using DFM. Four aspects of FPGAs are investigated: the "IEEE 1164 standard," registers (D flip-flops), configurable logic blocks, and an FPGA-based signal compensator. The ModelSim simulations confirmed that DFM was able to accurately model those four FPGA properties, proving that DFM has the potential to be used in the modeling of FPGA-based systems. Furthermore, advantages of DFM over traditional reliability analysis methods and FPGA simulators are presented, along with a discussion of potential issues with using DFM for FPGA-based system modeling.
Wireless sensor network (WSN) technology has been implemented using commercial off-the-shelf microcontrollers (MCUs), In this paper, we propose a simulation environment to realize the physical evaluation of FPGA-based node by considering vertically cross-layered WSN in terms of physical node device and network interconnection perspective. The proposed simulation framework emulates the physical FPGA-based sensor nodes to interoperate with the NS3 through the runtime infrastructure (RTI). For the emulation and interoperation of FPGA-based nodes, we extend a vendor-providing FPGA design tool from the host computer and a script to execute the interoperation procedures. The standalone NS-3 is also revised to perform interoperation through the RTI. To resolve the different time-advance mechanisms between the FPGA emulation and event-driven NS3 simulation, the pre-simulation technique is applied to the proposed environment. The proposed environment is applied to IEEE 802.15.4-based low-rate, wireless personal area network communication.
Education equipment for field programmable gate array (FPGA) based multimedia player design is introduced. Using the education equipment, an example of hardware design for color detection and augment reality (AR) game is described, and an example of syllabus for "Digital system design using FPGA" course is introduced. Using the education equipment, students can develop the ability to design some hardware, and to train the ability for the creative capstone design through conceptual, partial-level, and detail designs. By controlling audio codec, system-on-chip (SOC) design skills combining a NIOS II soft microprocessor and digital hardware in one FPGA chip are improved. The ability to apply wireless communication and LabView to FPGA-based digital design is also increased.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.10
no.6
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pp.363-372
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2015
Recent some SoC FPGA Releases that integrate ARM processor and FPGA fabric show better performance compared to the ASIC SoC used in typical embedded image processing system. In this study, using the above advantages, we implement a SoC FPGA-based Real-Time Object Recognition and Tracking System. In our system, the video input and output, image preprocessing process, and background subtraction processing were implemented in FPGA logics. And the object recognition and tracking processes were implemented in ARM processor-based programs. Our system provides the processing performance of 5.3 fps for the SVGA video input. This is about 79 times faster processing power than software approach based on the Nios II Soft-core processor, and about 4 times faster than approach based the HPS processor. Consequently, if the object recognition and tracking system takes a design structure combined with the FPGA logic and HPS processor-based processes of recent SoC FPGA Releases, then the real-time processing is possible because the processing speed is improved than the system that be handled only by the software approach.
The CORBA that supports FPGA has not been used generally and it is difficult to implement and to develop the CORBA for FPGA. In this paper we propose the way to design FPGA to support a CORBA component. For FPGA to support the CORBA component, embedded processor provided by FPGA and PCI based CORBA is utilized. The PCI based CORBA is for improving data transfer throughput. This paper will be organized as follows. In Chapter I, existing research trend and background are presented for why we propose design of FPGA that support the CORBA component. In Chapter II, FPGA design for supporting CORBA components is proposed and described in detail. In Chapter III, simple experiment is tested to confirm the proposed FPGA design. Finally session 4 is conclusion of this paper.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.11
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pp.211-220
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2014
In this paper a full FPGA-based and compact motor-control system is shown that makes it easy to control the motor and analyze the result data in real time with embedding not only a DC motor controller but also a TFT LCD interface in a single FPGA. Both a PID speed control module for a DC motor and a monitoring module for plotting real time graphs on to a TFT LCD are designed in a single FPGA, and the system validity is shown through simulation and experimental results. The FPGA used is xc3s400 and the entire system is designed by using the AD (Altium Designer). A PWM motor drive system is constructed by using MOSFETs for a DC motor 4-quadrant operations.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.14
no.2
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pp.49-57
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2018
The main objective of this paper is come up with methodology approach for FPGA-based system in verification and validation lifecycle regarding software reliability using system engineering approach. The steps of both reverse engineering and re-engineering are carried out to implement an FPGA-based of safety critical system in Nuclear Power Plant. The reverse engineering methodology is applied to elicit the requirements of the system as well as gain understanding of the current life cycle and V&V activities of FPGA based-system. The re-engineering method is carried out to get a new methodology approach of software reliability, particularly Software Reliability Growth Model. For measure the software reliability of a given FPGA-based system, the following steps are executed as; requirements definition and measurement, evaluation of candidate reliability model, and the validation of the selected system. As conclusion, a new methodology approach for software reliability measurement using software reliability growth model is developed.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.12
no.4
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pp.339-345
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2007
This paper presents a design of an FPGA (Field Programmable Gate Array) -based currentcontroller. Using the nature of the high computational capability of FPGA, the digital delay due to the algorithm execution can be reduced. The control performance can be better than the conventional DSP (Digital Signal Processor)-based current controller. Moreover, this method does not need any delay compensation algorithm because the digital delay is physically diminished. Therefore, the bandwidth of the current controller can be extended by this method. The feasibility of this method is verified by several experimental results under the various conditions.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.9
no.10
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pp.1117-1123
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2014
Nuclear industries have faced unfavorable circumstances such as an obsolescence of the instrumentation and control system, and therefore nuclear society is striving to resolve this trouble fundamentally. FPGAs are currently highlighted as an alternative means for obsolete control systems. Because of the obsolescence-unaffected characteristics, FPGA should be highly reliable in order to be a replacement for PLC (Programmable Logic Controller). Therefore, it is necessary to establish a software development aspect strategy that enhances the reliability of an FPGA-based controller. The reliability analysis including the MTBF (Mean Time Between Failures) is carried out based on the MIL-HDBK-217F. MTBFs are compared with the FPGA-based controller COMMON-Q PLC. As an analysis result, it shows that the reliability of the FPGA-based controller is better than or equal to that of PLC.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.9
no.6
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pp.681-687
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2014
Nuclear industries have faced unfavorable circumstances such as an obsolescence of the instrumentation and control system, and therefore nuclear society is striving to resolve this issue fundamentally. IEC and IAEA judge that FPGA technology is a good replacement for Programmable Logic Controller (PLC) of Nuclear Instrumentation and Control System. FPGAs are currently highlighted as an alternative means for obsolete control systems. Because the main function inside an FPGA is initially developed as software, good software quality can impact the reliability of an FPGA-based controller. Therefore, it is necessary to establish a software development aspect strategy that enhances the reliability of an FPGA-based controller. In terms of software development, HDL-Programmed Device (HPD) Development Life Cycle is applied into FPGA-based Controller. The burn-in test and environmental(temperature) test should be performed in order to apply into nuclear instrumentation and control system. Therefore it is ensured that the developed FPGA-based controller are normally operated for 352 hours and 92 hours in test chamber of Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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