Детальная информация

Название: Разработка и исследование интегрированной аппаратно-программной встраиваемой системы для аппаратного ускорения программ на языке Python: выпускная квалификационная работа магистра: направление 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» ; образовательная программа 09.04.01_20 «Проектирование компьютерных систем»
Авторы: Горляк Никита Сергеевич
Научный руководитель: Антонов Александр Петрович
Другие авторы: Новопашенный Андрей Гелиевич
Организация: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Институт компьютерных наук и технологий
Выходные сведения: Санкт-Петербург, 2020
Коллекция: Выпускные квалификационные работы; Общая коллекция
Тематика: fpga; pynq; python; xilinx; ких фильтр; ускоритель; оверлеи; fir filter; accelerator; overlays
Тип документа: Выпускная квалификационная работа магистра
Тип файла: PDF
Язык: Русский
Уровень высшего образования: Магистратура
Код специальности ФГОС: 09.04.01
Группа специальностей ФГОС: 090000 - Информатика и вычислительная техника
Ссылки: Отзыв руководителя; Рецензия; Отчет о проверке на объем и корректность внешних заимствований
DOI: 10.18720/SPBPU/3/2020/vr/vr20-780
Права доступа: Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать, копирование)
Ключ записи: ru\spstu\vkr\6184

Разрешенные действия:

Действие 'Прочитать' будет доступно, если вы выполните вход в систему или будете работать с сайтом на компьютере в другой сети Действие 'Загрузить' будет доступно, если вы выполните вход в систему или будете работать с сайтом на компьютере в другой сети

Группа: Анонимные пользователи

Сеть: Интернет

Аннотация

Тема выпускной квалификационной работы: "Разработка и исследование интегрированной аппаратно-программной встраиваемой системы для аппаратного ускорения программ на языке Python" Данная работа посвящена разработке и исследованию аппаратнопрограммного ускорителя по критерию быстродействия, вызываемого из языка Python как оверлей, реализующего вычислительно сложную задачу, а так же разработке процедуры создания интегрированной аппаратно-программной встраиваемой системы с поддержкой языка Python для заданного класса встраиваемых систем на кристалле. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Анализ решений и подходов, подходов, положенных в основу проекта PYNQ компании Xilinx 2. Разработка аппаратного ускорителя и исследование его эффективности при использовании в программах, написанных на языке Python 3. Разработка и апробация процедуры создания интегрированной аппаратно-программной системы с поддержкой языка Python для заданного класса встраиваемых систем на кристалле Процедура создания интегрированной аппаратно-программной системы включающей оверлеи была разработана и апробирована на плате Zynq-7000 Zedboard. Было проведенно исследование на примере задачи реализации КИХ фильтра, которое показало эффективность использования аппаратно-программного ускорителя, при его использовании на вычислительно сложных задачах, но для вычислительно простых задач его эффективность снижается, и он может проигрывать полностью программной реализации.

Theme of the graduate qualification work: "Development and research of an integrated hardware-software embedded system for hardware acceleration of Python programs" This work is devoted to the development and research of a hardwaresoftware accelerator by the criterion of speed, called from the Python language as an overlay that implements a computationally complex task, as well as the development of a procedure for creating an integrated hardware-softwareembeddedsystemwithPythonsupportforagivenclass of embedded systems on a chip. Tasks that were solved during the study: 1. Analysis of the solutions and approaches, the approaches underlying the Xilinx PYNQ project 2. Development of a hardware accelerator and study of its effectiveness when used in programs written in Python 3. Development and testing of the procedure for creating an integrated hardware-software system with support for the Python language for a given class of embedded systems on a chip The procedure for creating an integrated hardware-software system including overlays was developed and tested on the Zynq-7000 Zedboard. A study was conducted on the example of the task of implementing the FIR filter, which showed the efficiency of using a hardware-software accelerator when it is used for computationally complex tasks, but for computationally simple tasks its efficiency decreases and it can lose to a fully software implementation.

Права на использование объекта хранения

Место доступа Группа пользователей Действие
Локальная сеть ИБК СПбПУ Все Прочитать Печать Загрузить
Внешние организации №2 Все Прочитать
Внешние организации №1 Все
Интернет Авторизованные пользователи СПбПУ Прочитать Печать Загрузить
Интернет Авторизованные пользователи (не СПбПУ, №2) Прочитать
Интернет Авторизованные пользователи (не СПбПУ, №1)
-> Интернет Анонимные пользователи

Оглавление

  • СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
  • ВВЕДЕНИЕ
  • 1. Анализ и формализация технического задания
    • 1.1. Техническое задание
    • 1.2. Анализ исходных данных
    • 1.3. Перечень решаемых задач
    • 1.4. Выводы
  • 2. Анализ проекта PYNQ
    • 2.1. Анализ и обоснование элементной базы
    • 2.2. Анализ особенностей проекта PYNQ
    • 2.3. Используемые средства
      • 2.3.1. Аппаратные средства
      • 2.3.2. Инструментальные средства
      • 2.3.3. Используемые языки программирования
    • 2.4. Выводы
  • 3. Разработка процедуры
    • 3.1. Этап 1. Настройка окружения и установка сред разработки
      • 3.1.1. Шаг 1.1.A. Создание новой виртуальной машины
      • 3.1.2. Шаг 1.1.B. Настройка окружения на имеющейся ОС Ubuntu
      • 3.1.3. Шаг 1.2. Установка сред разработки
      • 3.1.4. Шаг 1.3.Opt. Добавление платы в Vivado
    • 3.2. Этап 2. Создание базовой блок схемы в Vivado
      • 3.2.1. Шаг 2.1. Разработка базовой блок схемы в Vivado
      • 3.2.2. Шаг 2.2. Экспорт для создания пакета поддержки платы
      • 3.2.3. Шаг 2.3.Opt. Экспорт для создания базового оверлея
    • 3.3. Этап 3. Создание оверлея функции
      • 3.3.1. Шаг 3.1.Opt. Создание IP ядра оверлея в Vivado HLS
      • 3.3.2. Шаг 3.2. Создание блок схемы системы с оверлеем в Vivado
      • 3.3.3. Шаг 3.3. Создание драйвера оверлея
      • 3.3.4. Шаг 3.4. Добавление оверлея в систему
    • 3.4. Этап 4. Создание образа системы
      • 3.4.1. Шаг 4.1.Opt. Создание драйвера базового оверлея
      • 3.4.2. Шаг 4.2. Создание пакета поддержки платы в Petalinux
      • 3.4.3. Шаг 4.3. Генерация образа системы с PYNQ
      • 3.4.4. Шаг 4.4. Запись образа системы на SD карту
    • 3.5. Выводы
  • 4. Апробация процедуры
    • 4.1. Аппаратные средства для апробации
    • 4.2. Апробация разработанной процедуры
      • 4.2.1. Настройка окружения и установка сред разработки
      • 4.2.2. Создание базовой блок схемы в Vivado
      • 4.2.3. Создание оверлея функции
      • 4.2.4. Создание образа системы
    • 4.3. Выводы
  • 5. Разработка и исследование эффективности аппаратного ускорителя по критерию быстродействия
    • 5.1. Алгоритм
    • 5.2. Структура и описание структуры оверлея
    • 5.3. Структура всей системы
    • 5.4. Разработка драйвера оверлея
    • 5.5. Генерация фильтруемых данных в Python
    • 5.6. Обработка сигнала без оверлея
    • 5.7. Обработка сигнала с оверлеем
    • 5.8. Сравнение результатов работы
    • 5.9. Выводы
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Статистика использования

stat Количество обращений: 8
За последние 30 дней: 2
Подробная статистика