Dr. Baruch Zoltan Francisc

Structura sistemelor de calcul

Proiecte (2020/2021)

Ghid pentru întocmirea raportului proiectului
Ghid-Proiect.pdf

Nr.	Tema	Descriere
1	Unitate de calcul în virgulă mobilă: adunarea și scăderea	Reprezentare conform standardului IEEE 754 (32 biți) Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Opțional: Utilizarea extensiei PmodKYBD pentru introducerea operanzilor
2	Unitate de calcul în virgulă mobilă: înmulțirea	Reprezentare conform standardului IEEE 754 (32 biți) Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Opțional: Utilizarea extensiei PmodKYBD pentru introducerea operanzilor
3	Unitate de calcul în virgulă mobilă: împărțirea	Reprezentare conform standardului IEEE 754 (32 biți) Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Opțional: Utilizarea extensiei PmodKYBD pentru introducerea operanzilor
4	Unitate de calcul în virgulă mobilă: extragerea rădăcinii pătrate	Reprezentare conform standardului IEEE 754 (32 biți) Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Opțional: Utilizarea extensiei PmodKYBD pentru introducerea operandului
5	Circuite de înmulțire pipeline pentru numere întregi	Diferite metode de înmulțire Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
6	Circuite de împărțire pentru numere întregi	Diferite metode de împărțire Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
7	Circuite de înmulțire zecimală	Numere de câte 4 cifre Diferite metode de înmulțire Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
8	Circuite de împărțire zecimală	Numere de câte 4 cifre Diferite metode de împărțire Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
9	Circuit de împărțire în baza 4 pentru numere întregi	Numere de 16 biți Proiectare utilizând limbajul VHDL
10	Calculatorul DLX	Simularea modelului funcțional VHDL Elaborarea și testarea modelului structural Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
11	Microcalculator simplu	Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
12	Controler de memorie cache	Algoritmi de gestiune "write-through" și "write-back" Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL
13	Implementarea prin hardware a unor algoritmi DSP utilizând aritmetica distribuită	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
14	Implementarea prin hardware a unor algoritmi de prelucrare a imaginilor utilizând matrici sistolice	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
15	Implementarea procesorului AM2901 de 4 biți	Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
16	Controler pentru protocolul Modbus	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Aplicație pe calculator
17	Comunicația dintre calculator și o placă de dezvoltare FPGA prin portul serial	Controler proiectat utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Aplicație pe calculator
18	Microcontroler simplu	Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Instrucțiuni generale Instrucțiuni speciale pentru controlul resurselor plăcii
19	Extensia microcontrolerului PicoBlaze cu instrucțiuni speciale pentru prelucrarea imaginilor	Proiectare utilizând limbajul VHDL Instrucțiuni speciale implementate în module hardware separate conectate la microcontrolerul PicoBlaze Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
20	Extensia microcontrolerului PicoBlaze cu instrucțiuni speciale pentru placa Digilent Spartan-3E	Proiectare utilizând limbajul VHDL Instrucțiuni speciale implementate în module hardware separate conectate la microcontrolerul PicoBlaze Implementare pe placa Digilent Spartan-3E
21	Unitate aritmetică și logică	Proiectare utilizând limbajul VHDL Operații aritmetice elementare implementate prin circuite secvențiale și combinaționale Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
22	Implementarea unui microcontroler 8051	Proiectare structurală în limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
23	Implementarea microarhitecturii Mic-2	Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
24	Implementarea procesorului EMMA-2	Arhitectură microprogramată Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
25	Implementarea procesorului matriceal SIMD-2	Procesor matriceal bidimensional Proiectare structurală utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
26	Generator de sunet	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Spartan-3E utilizând modulul SPKR1
27	Implementarea hardware a modulației lățimii impulsurilor	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
28	Osciloscop digital	Proiectare utilizând limbajul VHDL Afișarea semnalelor pe un monitor VGA Implementare pe placa Digilent Spartan-3E
29	Interfață pentru un comutator rotativ	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Spartan-3E
30	Utilizarea modulului PmodOLED pentru afișarea unor imagini grafice	Proiectare utilizând limbajul VHDL Utilizarea afișajului monocrom PmodOLED (128 x 32 pixeli) Utilizarea interfeței SPI pentru configurare și transmiterea de imagini modulului Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
31	Măsurarea și afișarea temperaturii cu senzorul de temperatură de pe placa Nexys 4 DDR	Proiectare utilizând limbajul VHDL Utilizarea senzorului de temperatură ADT7420 Utilizarea interfeței I²C pentru comunicația cu senzorul Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR
32	Detecția obiectelor cu ajutorul modulului PmodLS1	Proiectare utilizând limbajul VHDL Utilizarea modulului PmodLS1 (conținând doi senzori IR de proximitate) Rezultatele detecției trebuie să furnizeze informații despre lungimea și lățimea obiectelor Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
33	Măsurarea și afișarea accelerației pe trei direcții cu senzorul de pe placa Nexys 4 DDR	Proiectare utilizând limbajul VHDL Utilizarea interfeței SPI pentru configurarea accelerometrului ADXL363 și transmiterea datelor Aplicație pe calculator pentru afișarea accelerațiilor Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR
34	Redare audio utilizând ieșirea mono audio și microfonul plăcii Nexys 4 DDR	Proiectare utilizând limbajul VHDL Utilizarea modulațiilor PDM și PWM pentru semnale Stocarea datelor audio pe placa Nexys 4 DDR pentru un interval de timp prestabilit Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR
35	Comunicația dintre placa Nexys 4 DDR și o tastatură USB HID	Proiectare utilizând limbajul VHDL Afișarea tastelor apăsate pe afișajul cu 7 segmente al plăcii Nexys 4 DDR sau afișarea acestora printr-o aplicație pe calculator Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR
36	Comunicația dintre placa Nexys 4 DDR și un mouse USB HID	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR Aplicație pe calculator pentru afișarea cursorului și a stării butoanelor
37	Utilizarea portului VGA al plăcii Nexys 4 DDR pentru afișarea unor imagini	Proiectare utilizând limbajul VHDL Stocarea imaginilor pe placa Nexys 4 DDR Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR
38	Utilizarea unei cartele microSD conectate la placa Nexys 4 DDR	Proiectare utilizând limbajul VHDL Citirea datelor de pe cartela microSD Transmiterea datelor la un periferic sau la calculator prin interfața USB Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR Aplicație pe calculator
39	Utilizarea modulului PmodJSTK	Proiectare utilizând limbajul VHDL Citirea poziției și a stării butonului prin interfața SPI Aplicație pe calculator pentru afișarea poziției și a stării butonului Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
40	Utilizarea portului VGA al plăcii Nexys 4 DDR pentru afișarea unor imagini	Proiectare utilizând limbajul VHDL Stocarea imaginilor pe o cartelă microSD conectată la placa Nexys 4 DDR Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR
41	Utilizarea unei cartele microSD conectate la placa Nexys 4 DDR pentru scrierea și citirea unor date audio	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR Scrierea pe cartela microSD a datelor audio de la microfonul plăcii Nexys 4 DDR Citirea datelor audio de pe cartela microSD și transmiterea lor la calculator Aplicație pe calculator pentru redarea datelor audio
42	Măsurarea temperaturii cu senzorul de pe placa Nexys 4 DDR și transmiterea ei la un dispozitiv mobil	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR Măsurarea temperaturii cu senzorul de temperatură ADT7420 Utilizarea modulului Bluetooth Pmod BT2 pentru transmiterea temperaturii la un dispozitiv mobil Aplicație pe dispozitivul mobil pentru preluarea și afișarea temperaturii
43	Măsurarea accelerației cu senzorul de pe placa Nexys 4 DDR și transmiterea ei la un dispozitiv mobil	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR Măsurarea accelerației cu accelerometrul ADXL363 Utilizarea modulului Bluetooth Pmod BT2 pentru transmiterea accelerației la un dispozitiv mobil Aplicație pe dispozitivul mobil pentru preluarea și afișarea accelerației
44	Înregistrarea unor date audio de la microfonul plăcii Nexys 4 DDR și transmiterea lor la un dispozitiv mobil	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa Digilent Nexys 4 DDR Stocarea datelor audio de la microfonul plăcii Nexys 4 DDR în memoria plăcii Utilizarea modulului Bluetooth Pmod BT2 pentru transmiterea datelor audio la un dispozitiv mobil Aplicație pe dispozitivul mobil pentru redarea datelor audio
45	Transmiterea unor comenzi de la un dispozitiv mobil la o placă de dezvoltare	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA Utilizarea modulului Bluetooth Pmod BT2 pentru transmiterea unor comenzi de la un dispozitiv mobil pentru activarea unor diode LED de pe placa de dezvoltare Aplicație pe dispozitivul mobil pentru introducerea și transmiterea comenzilor
46	Asamblor pentru un procesor RISC	Aplicație Windows cu meniuri Setul de instrucțiuni al procesorului este descris în lucrarea de laborator "Implementarea unui procesor RISC" Aplicația generează un fișier VHDL pentru modulul memoriei de instrucțiuni conținând codul executabil al instrucțiunilor din fișierul sursă
47	Utilizarea modulului PmodCLP	Proiectare utilizând limbajul VHDL Afișarea unor mesaje utilizând interfața paralelă Realizarea unor efecte vizuale Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
48	Implementarea prin hardware a unui algoritm de procesare a imaginilor	Proiectare utilizând limbajul VHDL Afișarea imaginilor utilizând portul VGA Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
49	Utilizarea modulului PmodWiFi pentru realizarea comunicației cu un dispozitiv 802.11	Integrarea modulului PmodWiFi într-un sistem conținând procesorul MicroBlaze Realizarea conexiunii la rețea în funcție de SSID Realizarea transmisiei/recepției pachetelor TCP/IP Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
50	Utilizarea modulului PmodWiFi pentru realizarea unei conexiuni la rețea în funcție de SSID	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
51	Implementarea prin hardware a unei rețele neuronale	Proiectare utilizând limbajul VHDL Implementare pe o placă de dezvoltare FPGA
52	Comunicația dintre calculator și placa de dezvoltare ZYBO prin interfața serială UART	Transmițător/receptor serial UART proiectat utilizând limbajul VHDL Implementare pe placa de dezvoltare FPGA ZYBO Aplicație pe calculator pentru controlul diodelor LED, citirea stării butoanelor și citirea stării comutatoarelor de pe placa ZYBO
53	Comunicația dintre calculator și placa de dezvoltare ZYBO prin interfața USB	Configurarea plăcii de dezvoltare FPGA ZYBO ca un dispozitiv USB din clasa HID (Human Interface Device) Utilizarea protocolului de comunicație USB HID Aplicație pe calculator pentru controlul diodelor LED, citirea stării butoanelor și citirea stării comutatoarelor de pe placa ZYBO

Resurse

Calculatorul DLX

Codul sursă pentru simulatorul DLX
DLXSIM.zip
Ghidul novicelui pentru calculatorul DLX
DLX-For-Neophytes.htm
Setul de instrucțiuni DLX, ediția BYU
DLX-Instruction-Set.htm

Prelucrarea digitală a semnalelor (DSP)

Xilinx, Inc.: Technical Backgrounder, Xtreme DSP Initiative
dsp_grounder.pdf
Goslin, Gregory Ray: A Guide to Using Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)
for Application-Specific Digital Signal Processing Performance, Xilinx, Inc., 1995
dspguide.pdf
Chapman, Ken: Building High Performance FIR Filters Using KCM’s, 1996
kcm_fir.pdf
Valls, Javier; Peiro, Marcos; Sansaloni, Trini; Boemo, Eduardo: A Study about FPGA-Based
Digital Filters, în Proceedings of IEEE Workshop on VLSI Signal Processing: Design and
Implementation, pp. 191-201, 1998
sips98-fir.pdf
Lyons, Richard: Quadrature Signals: Complex, But Not Complicated, 2000
QuadSignals.pdf
Texas Instruments, Inc.: TMS320C62x DSP Library Programmer’s Reference, 2002
spru402a.pdf
Fourier Transform Tutorial for DSP
FFT-Tutorial.zip

Prelucrarea imaginilor

Fisher, Bob; Perkins, Simon; Walker, Ashley and Wolfart, Erik: HiperMedia Image
Processing Reference, University of Edinburgh, 2004,
http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/HIPR2/hipr_top.htm
Young, David: Sussex Computer Vision Teach Files, University of Sussex, 1994,
http://homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline/LOCAL_COPIES/YOUNG/vision0.html
Sussex-Computer-Vision.zip
Texas Instruments, Inc.: TMS320C62x Image/Video Processing Library Programmer’s
Reference, 2002
spru400a.pdf
Hoffmann, Gernot: Gaussian Filters, 2001-2014, http://docs-hoffmann.de/gauss25092001.pdf
gauss25092001.pdf
Smith, John: Implementing Median Filters in XC4000E FPGAs, Xcell Journal,
Issue 23, Q4, 1996
xl23_16.pdf

Aritmetica distribuită pentru DSP și prelucrarea imaginilor

The Role of Distributed Arithmetic in FPGA-based Signal Processing
theory1.pdf
Goslin, Gregory Ray: A Guide to Using Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)
for Application-Specific Digital Signal Processing Performance, Xilinx, Inc., 1995
dspguide.pdf
Andraka, Ray; Berkun, Andrew: FPGAs Make a Radar Signal Processor on a Chip a Reality,
Proceedings of the Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, IEEE, 1999
Radar-Signal-Processor.pdf
Andraka Consulting Group, Inc.: Distributed Arithmetic isn't magic. Let's demystify it, 2016
http://www.andraka.com/distribu.php

Fișiere pentru proiectul PicoBlaze, asamblor și manual UART
xapp213.zip
Chapman, Ken: PicoBlaze 8-Bit Microcontroller for Virtex-E and Spartan-II/IIE Devices,
Xilinx Application Note XAPP213, 2003
xapp213.pdf
Xilinx, Inc.: PicoBlaze 8-Bit Embedded Microcontroller User Guide
for Spartan-3, Virtex-II, and Virtex-II Pro FPGAs, 2005
ug129.pdf

Actualizat la: 23 septembrie 2020