Present electric grids are advanced to integrate smart grids, distributed resources, high-speed sensing and control, and other advanced metering technologies. Cybersecurity is one of the challenges of the smart grid and nuclear plant digital system. It affects the advanced metering infrastructure (AMI), for grid data communication and controls the information in real-time. The research article is emphasized solving the nuclear and smart grid hardware security issues with the integration of field programmable gate array (FPGA), and implementing the latest Time Authenticated Cryptographic Identity Transmission (TACIT) cryptographic algorithm in the chip. The cryptographic-based encryption and decryption approach can be used for a smart grid distribution system embedding with FPGA hardware. The chip design is carried in Xilinx ISE 14.7 and synthesized on Virtex-5 FPGA hardware. The state of the art of work is that the algorithm is implemented on FPGA hardware that provides the scalable design with different key sizes, and its integration enhances the grid hardware security and switching. It has been reported by similar state-of-the-art approaches, that the algorithm was limited in software, not implemented in a hardware chip. The main finding of the research work is that the design predicts the utilization of hardware parameters such as slices, LUTs, flip-flops, memory, input/output blocks, and timing information for Virtex-5 FPGA synthesis before the chip fabrication. The information is extracted for 8-bit to 128-bit key and grid data with initial parameters. TACIT security chip supports 400 MHz frequency for 128-bit key. The research work is an effort to provide the solution for the industries working towards embedded hardware security for the smart grid, power plants, and nuclear applications.
Uncertainty and insecurity is a serious issue in all aspects of our society today as the change in environmental and societal conditions became more apparent than ever before through various disasters. Thus, it is now an important point in time for the government and responsible firms to implement an innovative scientific disaster management method that can lead to establishing a more secure and stable future. Therefore, authors have developed ubiquitous- based disaster prevention automation system(DPAS). The system would follow up after sensors detecting fires, thefts, torrents, floods, and infrastructural leaks. It prevents disasters in advance by utilizing a wireless communications net or ethernet to conduct real-time monitoring from a remote place. The system also has an advantage as it is designed in a compact size that applies a precision-focused programmable logic controller(PLC) of one-chip type.
The CCDs are widely used in astronomical observations either in direct imaging use or spectroscopic mode. However, the areas of available sensors are too small for large imaging format. One possibility to obtain large detection area is to assemble mosaics of CCD, and drive them simultaneously. Parallel driving of many CCDs together rules out the possibility of individual tuning; however, such optimisation is very important, when the ultimate low light level performance is required, particularly for new, or mixed devices. In this work, a new concept is explored for an entirely novel approach, where the drive waveforms are multiplexed and interleaved. This simultaneously reduces the number of leadout connections and permits individual optimisation efficiently. The digital controller can be designed within a single EPLD (Erasable Programmable Logic Device) chip produced by a CAD software package, where most of the digital controller circuits are integrated. This method can minimise the component. count., and improve the system efficiency greatly, based on earlier works by Han et a1. (1996, 1994). The system software has an open architecture to permit convenient modification by the user, to fit their specific purposes. Some variable system control parameters can be selected by a user with a wider range of choice. The digital controller design concept allows great flexibility of system parameters by the software, specifically for the compatibility to deal with any number of mixed CCDs, and in any format, within the practical limit.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.9
no.2
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pp.462-469
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2008
In this paper, we design the FPGA (Field-Programmable Gate Array) of the KOINONIA WPAN (Wireless Personal Area Network), and implement the SoC (System on Chip). We use the redundant bits to make a constant-amplitude in a modulator part. Additionally, the SNR (Signal to Noise Ratio) performance of the demodulator is improved by using the redundant bits in decoding steps. The four-million FPGA of the KOINONIA WPAN can be operated at 44MHz frequency. The PER (Packet Error Rate) of the designed FPGA with RF (Radio Frequency) module is below 1% at the -86dB MIPLS (Minimum Input Power Level Sensitivity), and the SNR is about 13dB. The SoC is implemented by using Hynix 0.25um CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process. The size of the SoC is $6.52mm{\times}6.92mm$.
The emergence of new nanoscale technologies has imposed significant challenges to designing reliable electronic systems in radiation environments. A few types of radiation like Total Ionizing Dose (TID) can cause permanent damages on such nanoscale electronic devices, and current state-of-the-art technologies to tackle TID make use of expensive radiation-hardened devices. This paper focuses on a novel and different approach: using machine learning algorithms on consumer electronic level Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) to tackle TID effects and monitor them to replace before they stop working. This condition has a research challenge to anticipate when the board results in a total failure due to TID effects. We observed internal measurements of FPGA boards under gamma radiation and used three different anomaly detection machine learning (ML) algorithms to detect anomalies in the sensor measurements in a gamma-radiated environment. The statistical results show a highly significant relationship between the gamma radiation exposure levels and the board measurements. Moreover, our anomaly detection results have shown that a One-Class SVM with Radial Basis Function Kernel has an average recall score of 0.95. Also, all anomalies can be detected before the boards are entirely inoperative, i.e. voltages drop to zero and confirmed with a sanity check.
Bluetooth is a specification for short-range wireless communication using the 2.4 GHz ISM band. It emphasizes low complexity, low power, and low cost. This paper describes an area-efficient digital baseband module for wireless technology. For area-efficiency, we carefully consider hardware and software partitioning. We implement complex control tasks of the Bluetooth baseband layer protocols in software running on an embedded microcontroller. Hardware-efficient functions, such as low-level bitstream link control; host controller interfaces (HCIs), such as universal asynchronous receiver transmitter (UART) and universal serial bus (USB)interfaces; and audio Codec are performed by dedicated hardware blocks. Furthermore, we eliminate FIFOs for data buffering between hardware functional units. The design is done using fully synthesizable Verilog HDL to enhance the portability between process technologies so that our module can be easily integrated as an intellectual property core no system-on-a-chip (SoC) ASICs. A field programmable gate array (FPGA) prototype of this module was tested for functional verification and realtime operation of file and bitstream transfers between PCs. The module was fabricated in a $0.25-{\mu}m$ CMOS technology, the core size of which was only 2.79 $mm{\times}2.80mm$.
This paper deals with the design of real-time embedded system using RTOS (real-time operating system) and SOPC (system on a programmable chip). It is, in general, known that RTOS has the problem of time delay caused by the multiple tasks and task management approach. Since the increase in time delay in real-time embedded system makes the overall system have the poor performance or the critical behavior of instability and unreliability, the method employed RTOS and SOPC is proposed to attack the above problems. The proposed system is implemented on the RC-motor controller and is verified by real experiment.
International journal of advanced smart convergence
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v.12
no.4
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pp.26-34
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2023
A high-speed data transmission system is designed for the ground inspection equipment of satellite measurement and control. Based on USB2.0, the system consists of interface chip CY7C68013A, programmable logic processing unit EP4CE30F23C8, analog/digital and digital/analog conversion units. The working principle of data transmission is analyzed, and the system software logic and hardware composition scheme are detailed. The system was utilized to output/capture and store specific data packets. The results show that the high-speed data transmission speed can reach 38MB/s, and the system is effective for satellite test requirements.
Kim, Han Taek;Ahn, Chi Young;Kim, June;Choi, Seung Won
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.8
no.1
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pp.117-123
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2012
This paper implements mobile Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) receiver using Software Defined Radio (SDR) technology. SDR system is difficult to implement on the mobile handset because of restrictions that are computing power and under space constraints. The implemented receiver processes mobile WiMAX software modem on Open Multimedia Application Platform (OMAP) System on Chip (SoC) and Field Programmable Gate Array (FPGA). OMAP SoC is composed of ARM processor and Digital Signal Processor (DSP). ARM processor supports Single Instruction Multiple Data (SIMD) instruction which could operate on a vector of data with a single instruction and DSP is powerful image and video accelerators. For this reason, we suggest the possibility of SDR technology in the mobile handset. In order to verify the performance of the mobile WiMAX receiver, we measure the software modem runtime respectively. The experimental results show that the proposed receiver is able to do real-time signal processing.
Energetic particle strikes the device and induces data corruption in the configuration memory (CRAM), causing errors and even malfunctions in a system on chip (SoC). Software-based fault injection is a convenient way to assess device performance. In this paper, dynamic partial reconfiguration (DPR) is adopted to make fault injection on a Xilinx 16 nm FinFET Ultrascale+ MPSoC. And the reconfiguration module implements the Sobel and Gaussian image filtering, respectively. Fault injections are executed on the static and reconfiguration modules' bitstreams, respectively. Another contribution is that the failure modes and effects analysis (FMEA) method is applied to evaluate the system reliability, according to the obtained injection results. This paper proposes a software-based solution to estimate programmable device vulnerability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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