Ushbu mahsulotda Redpine Signals kompaniyasining Narasimxan Venkatesh o'rnatilgan dizaynga Wi-Fi ulanishini qo'shishda e'tiborga olish kerak bo'lgan asosiy ko'rsatmalar

Altera dasturlash muhitlari va qurilmalari
Konfiguratsiyani tanlash
Qurilmaning 1-1-jadvalida Altera konfiguratsiya qurilmalarining xususiyatlari va ular ega bo'lgan konfiguratsiya maydoni miqdori jamlangan.
1-1-jadval
T

egishli konfiguratsiya qurilmasini tanlash uchun maqsadli FPGA yoki FPGA zanjiri uchun zarur bo'lgan umumiy konfiguratsiya maydonini aniqlashingiz kerak. Bu raqamlar har bir qurilma oilasi bo'limida keltirilgan. Agar siz FPGA zanjirini sozlayotgan bo'lsangiz, kerakli konfiguratsiya maydonini aniqlash uchun har bir FPGA uchun konfiguratsiya fayli hajmini qo'shishingiz kerak. Misol uchun, agar siz EP20K200E va EP20K60E qurilmalarini romashka zanjirida sozlayotgan bo'lsangiz, sizning umumiy konfiguratsiya maydoni talabi 1,964 Mbits + 0,641 Mbits = 2,605 Mbits bo'ladi. Keyin, qaysi konfiguratsiya qurilmasi konfiguratsiya maydoni talablariga javob berishini aniqlash uchun 1-1-jadvaldan foydalaning. Yuqoridagi misoldan foydalanib, EP20K400E va EP20K60E qurilmalarini zanjirda sozlash uchun 2,605 Mbits uchta EPC1, ikkita EPC2 yoki bitta EPC4 qurilmasiga mos keladi. Faqat EPC2 va EPC1 qurilmalari kaskadli bo'lishi mumkin. Har bir qurilma oilasi boʻlimidagi konfiguratsiya fayli oʻlchami jadvallari va 1–1-jadvallardan foydalanib, maqsadli FPGA yoki FPGA zanjirini sozlash uchun zarur boʻlgan konfiguratsiya qurilmalari sonini aniqlashingiz mumkin.
Quartus II dasturlash muhiti
1 Kirish Ushbu hisobot o'rnatilgan tizimlar ustida ishlashda, xususan, biotibbiyot muhandisligi sohasida tushunish uchun zarur bo'lgan texnologiyalar, metodologiyalar va mulohazalar haqida ma'lumot beradi. Biotibbiyot muhandisligi ko'p tarmoqli soha bo'lib, u mashinasozlik, elektrotexnika, biologiya, matematika, tizim dizayni va boshqalarni tushunishni talab qiladi. Ushbu sohada kompyuter olimlari o'z mahoratlarini qo'llashlari uchun ko'plab imkoniyatlar mavjud. Bunday sohalardan biri o'rnatilgan tizim va uning xususiyatlarini tahlil qilish, loyihalash va amalga oshirishdir. Ushbu hisobot biotibbiyot muhandisligi va kosmik tadqiqotlar kabi ekstremal vaziyatlarda o'rnatilgan tizim loyihalari haqida umumiy ma'lumot beradi. Keyin o'rnatilgan tizimni loyihalash va tahlil qilish uchun ishlatiladigan vositalar va usullarning konspekti ishlab chiqariladi. Nihoyat, o'rnatilgan tizimni tashkil etuvchi turli komponentlarning qisqacha mazmuni, shu jumladan apparat va aloqa texnologiyalari. Ushbu hisobot biotibbiyot muhandisligi moyilligi bilan o'rnatilgan tizimlar doirasida loyihalash uchun zarur bo'lgan komponentlar va fikrlash jarayonlarini qamrab oluvchi yagona hujjatni taqdim etish uchun yozilgan. Turli sohalarning umumiy ko'rinishi yangi o'rnatilgan tizim loyihalariga shaxslarga o'zlari hal qilishlari kerak bo'lgan tashvishlar va muammolar haqida bilish imkonini beruvchi texnologiyalarga xolis qarashni taqdim etadi. Ushbu hujjat nafaqat o'quvchilarga texnologiyalarni ongli ravishda tanlashda yordam berish uchun, balki o'rnatilgan tizim dizayn to'plamida nimalar mavjudligi va undan qanday samarali foydalanish mumkinligi haqida amaliy ma'lumotlarni ham taqdim etadi. Bundan tashqari, o'rnatilgan tizim loyihalari misollari ta'kidlangan bo'lib, o'quvchilarga amaliy tushuncha va real loyihalar bilan tanishish imkonini beradi. Hisobotning birinchi bo'limi biotibbiyot muhandisligi sohasini tavsiflaydi, Nyu-Brunsvik universitetining ilg'or protez qo'l loyihasini ta'kidlab, davom etayotgan va tugallangan o'rnatilgan tizim loyihalari haqida umumiy ma'lumot beradi. Keyingi bo'limda o'rnatilgan tizimni adekvat tahlil qilish, loyihalash va sinovdan o'tkazish imkonini beruvchi metodologiya va texnikalar muhokama qilinadi. Bu Altera dasturiy ta'minoti va dizayn to'plamining umumiy ko'rinishini o'z ichiga oladi, Quartus II. Hisobotning qolgan qismi o'rnatilgan tizimlarning xususiyatlari va komponentlariga qaratilgan. Bu, avvalo, o'rnatilgan tizimlarda, dasturlashtiriladigan mantiqiy qurilmalarda, dastur uchun maxsus integral mikrosxemalarda va mikroprotsessorlarda qo'llaniladigan asosiy apparat komponentlarining umumiy ko'rinishini o'z ichiga oladi. Ikkinchi texnologiyani ko'rib chiqish bo'limlari aloqaga qaratilgan. Bunga aloqa texnikasi, aloqa protokollarini tashkil etuvchi xususiyatlarning yuqori darajadagi taqdimoti va uchta aloqa protokollarining umumiy ko'rinishi kiradi.
2 O'rnatilgan tizimlar loyihalari O'rnatilgan tizimlar ko'plab mumkin bo'lgan ilovalarga ega, ular ko'plab sohalarda qo'llaniladi va amaliy muammolarni hal qilish imkonini beradi. Ushbu bo'limda biz an'anaviy o'rnatilgan tizim va biotibbiyot muhandisligi loyihalarini ko'rib chiqamiz. O'rnatilgan texnologiyalardan foydalanishni qo'llaydigan yondashuvlar, texnikalar va loyihalarni ajratib ko'rsatish. O'rnatilgan tizimlarning an'anaviy sohalari tabiiy ravishda avtomobil va robot tizimlariga qaratilgan, biotibbiyot loyihalari ko'pincha ilg'or protezlarga qaratilgan. Ikkala bo'limdagi loyihalarni ko'rib chiqish orqali, o'rnatilgan tizimlar bo'yicha foydali ma'lumotlar namunasi paydo bo'ladi. 2.1 An'anaviy loyihalar Bir qator hududlarda o'rnatilgan tizimlar keng tarqalgan bo'lsa , an'anaviy o'rnatilgan tizim g'oyasini aniqlash qiyin. Ushbu bo'limda asosiy e'tibor o'rnatilgan tizim texnologiyalarini hayot aylanish jarayonida nisbatan erta qabul qilgan sohalarga qaratilgan. Robototexnika sohasi yaqqol erta o'zlashtiruvchi bo'lib, robot quyi tizimlarini o'rnatilgan tizimlarga tabiiy xaritalash, keyinchalik tizimni keng ma'lumot almashish imkonini berish uchun aloqa protokollaridan foydalaniladi. O'rnatilgan tizimlarga ko'p tayanadigan yana bir soha bu avtomobilsozlik sanoatidir. Avtomobil sanoati avtomobil tizimlarini boshqarish uchun o'rnatilgan tizimlardan foydalanishni ko'paytirdi. 2007 yilda o'rtacha avtomobil 80 ta o'rnatilgan tizimga ega edi[21], bu ushbu sohadagi o'rnatilgan tizimlarning etukligining kuchli ko'rsatkichidir. 2.1.1 Robototexnika Robototexnika uzoq yo'lni bosib o'tdi, hisoblashning ko'p jihatlaridagi texnologik yaxshilanishlar kichikroq, ishonchliroq va foydaliroq robotlarni yaratishga imkon berdi. Dastlab robotlar katta va qimmatbaho kompyuterlar tomonidan boshqarildi, bu boshqaruv blokini robotga ulash uchun jismoniy ulanishni talab qiladi. Bugungi kunda o'rnatilgan tizimlarning hajmi va narxining qisqarishi, aloqa sohasidagi yutuqlar, xususan, simsiz aloqa usullari kichikroq, arzonroq mobil robotlarga imkon berdi. Robotlar jismoniy dunyo bilan ishlaydi va o'zaro aloqada bo'lib, qiyin, real vaqtda muammolarni hal qilishni talab qiladi, mustahkam va duch keladigan kamchiliklarni hisobga oladigan echimni talab qiladi. Robotlarni yaratishning odatiy usuli bu ko'plab o'rnatilgan tizim qurilmalari tomonidan unga etkazilgan natijalarni tahlil qilish uchun yanada kuchli mikroprotsessorlardan foydalanishdir. O'rnatilgan qurilmalar umumiy dizaynning bir tomonini boshqarish uchun ishlatiladigan quyi tizimlarni ifodalaydi. O'rnatilgan qurilmalar odatda sensorlar va aktuatorlardan iborat bo'lib, sensorlar tizimga keladigan ma'lumotlarni ifodalaydi va aktuatorlar chiqishdir va ular tashqi muhit bilan o'zaro ta'sir qilish uchun ishlatilishi mumkin.
Keyin qurilmalar buyruqni qayta ishlaydi va buyruqlarni aktuatorning maxsus harakatlari orqali bajarishga harakat qiladi. Robotik tizimlar real vaqtda ishlov berish, bir vaqtda va ishonchli aloqa va tezkor echimlarni talab qiladi. Qo'shimcha talablar tizimni o'rab turgan muhit va sharoitlardan kelib chiqadi. Qiziqarli muammolar to'plamini o'z ichiga olgan muhitdan biri bo'sh joydir. Kanada va boshqa mamlakatlar tomonidan ishlab chiqilgan "kosmik qurollardan" foydalanish bir qator qo'shimcha tashvishlarga ega. Ba'zi tashvishlar quyidagilardan iborat: • Ortiqchalik - qurilmalarni ta'mirlash juda qimmat yoki o'rnatilgandan keyin imkonsizdir. Tizim aloqa va komponentlar zaxiralari bilan ishlab chiqilishi kerak. Bu tizimning ishonchliligini oshiradi va bir nechta komponentlarning ishdan chiqishiga imkon beradi. • Ishonchlilik - ichki aloqa ishonchli va tez bo'lishi kerak, past tezlik yoki ishonchlilik qurilmaga tuzatib bo'lmas darajada zarar etkazishi mumkin. Qurilmaga potentsial zarar etkazishi mumkin bo'lgan vaziyatlar, boshqa holatlardan qat'i nazar, tezda hal qilinishi kerak. • Moslashuvchanlik - tizim maqsadlarni bajarishda va xatolar ehtimolini aniqlashda moslashuvchan bo'lishi kerak. Tizim nima qila olishi, nima zararli bo'lishi va yomon vaziyatlardan qanday qutulishi kerakligini tushunish uchun mo'ljallangan bo'lishi kerak. • Hisobot - kerakli ma'lumotlarni to'plash strategiyasi haqida qaror qabul qilish kerak. Axborotdan foydalanish tartib-qoidalari, to'plash uchun zarur bo'lgan ma'lumotlarning miqdori va ma'lumotlarni yuborish usuli muhim ahamiyatga ega. Buyruqlar markazi va tizim o'rtasidagi masofalar juda katta, agar tizimga zarar etkazadigan xatolik yuzaga kelsa, muammoni bartaraf etish uchun zarur bo'lgan ma'lumot kerak. • Sinov - Kosmos haroratning katta o'zgarishi va tasodifiy elektromagnit va jismoniy shovqinlarga ega past tortishish muhitidir . Ushbu xususiyatlarni boshqarish uchun sinov innovatsion fikrlashni talab qiladi. Boshqa cheklovlar mavjud bo'lsa-da, ushbu ro'yxat dizayn qarorlari cheklovlar bilan bog'liq muammolarni minimallashtirishga qanday yordam berishi kerakligi haqida yaxshi fikr beradi. Yhang va boshqalarning [28] “CAN BUS sinovlari va aloqa tizimining kosmik robot qo‘li uchun ortiqcha dizayni” nomli maqolasida tadqiqotchilar robot qo‘llarini odatiy sozlashdan boshladilar, unga aloqa avtobusi orqali bog‘langan bir qator boshqaruvchilar va buyruq tizimlari kiradi. bir-biriga. Aloqa tizimini kosmik qurol dizaynining eng muhim jihati deb hisoblagan tadqiqotchilar uni takomillashtirishga kirishdilar. Ularning tizimi Controller Area Network (CAN) aloqa avtobusidan foydalangan va ortiqcha strategiyani amalga oshirish orqali ishonchlilikni oshirgan .
2.2 Biotibbiyot loyihalari Biotibbiyot muhandisligi ko'p tarmoqli ko'nikmalarni talab qiladigan soha bo'lib, unda muhandislik tamoyillari tibbiyot va hayot haqidagi fanlarga tatbiq etiladi. Biotibbiyot muhandisligidagi yirik yutuqlar aksariyat jamiyatlar uchun hayot sifatini oshirdi. Biotibbiyot muhandisligi sanoatidagi texnologik yutuqlarga quyidagilar kiradi: rentgen texnologiyasi, elektrokardiograf mashinalari, arteriya grafiklari, yurak stimulyatori va turli tasvirlash texnologiyalari. So'nggi yillarda amerikalik harbiylarning qiziqishi sun'iy oyoq-qo'llar texnologiyasini rivojlantirishga yordam berdi. 2005 yilda Mudofaa ilg'or tadqiqot loyihalari agentligi (DARPA) protez inqilob dasturini ishga tushirdi. Maqsad - amputatsiya qilingan odamga to'liq 7 funktsional yuqori ekstremitani etkazib berish, hali ham mavjud bo'lgan uch yuz yillik texnologiyaning ko'p qismini almashtirish. Qo'l mahalliy qo'l bilan bir xil qobiliyatga ega bo'lishi kerak, shu jumladan to'liq epchil barmoqlar, bilak, tirsak va yelka bilan og'irlikni ko'tarish, boshning tepasida va orqa atrofida cho'zish. Bundan tashqari, texnologiya qayta aloqa uchun sensorlar, amaliy quvvat manbai, tabiiy ko'rinish va o'rtacha qo'lning vazniga teng bo'lishi kerak. Boshqa, qiyinroq maqsad bemorning markaziy asab tizimidan foydalanish orqali protezni nazorat qilishni o'z ichiga oladi. 2.2.1 Kengaytirilgan protezlash Nyu-Brunsvik universitetining (UNB) qo'l loyihasi [27] qo'pol, bir daraja erkinlik, bir tutqich tipidagi eski qo'l protezlarini uch eksa, oltita asosiy tutqichli antropomorf qo'lni boshqarish bilan kengaytirishga intiladi. harakatni aniqlash uchun ongsiz ushlash yordamida qo'l. Ongsiz ushlash elementidan foydalanish o'rnatilgan mikroprotsessorlarni talab qiladi, ulardan foydalanish mavjud energiya texnologiyasiga katta yuk beradi, umumiy xarajatlarni oshiradi va komponentlarning o'zaro ishlashini kamaytiradi. Buni hisobga olgan holda UNB qo'l loyihasi energiya sarfini kamaytirish, ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish va yangi texnologiyalarning ta'sirini minimallashtirish uchun moslashuvchanlikni oshirish uchun mo'ljallangan bir qator texnologiyalardan foydalanishni belgilaydi. Quvvatni kamaytirish uchun qo'l loyihalari usuli bir nechta texnik yondashuvdan foydalanadi, yaratuvchilar aqlli dizayn tamoyillari va ko'plab sohalarda umumiy iste'molni kamaytirish uchun texnologiyadan innovatsion foydalanishdan foydalanganlar. UNB qo'l guruhi signal ma'lumotlarini kuchaytira oladigan va qayta ishlay oladigan, faqat kerakli ma'lumotlarni asosiy mikroprotsessorga uzata oladigan aqlli Elektromiyografiya (EMG) sensorlarini yaratdi. Bu turli xil sensorlarga ortiqcha shovqinni qayta ishlash va kamaytirish imkonini berdi, barcha ishlov berish uchun bitta yuqori tezlikda ishlaydigan protsessorga bo'lgan ehtiyojni bartaraf etdi, umumiy quvvat sarfini sezilarli darajada kamaytirdi. Qo'l loyihasida qo'llaniladigan yana bir usul - bu sensorlarni markaziy protsessorga ketma-ket avtobus orqali ulash edi. Bu simlarni qisqartirish, umumiy og'irlikni kamaytirish va komponentlar arxitekturasini soddalashtirish imkonini beradi. Ular tanlagan ketma-ket avtobus, o'zgartirilgan Controller Area Network shinasi, asosan, uzatishda faqat quvvat talab qiladigan qabul qiluvchi orqali quvvat sarfini kamaytirishga imkon berdi.
3 Dizayn va tahlil
O'rnatilgan tizim loyihalarida tahlil va dizayn sohasi alohida e'tiborni talab qiladi
oddiy dasturiy ta'minotni loyihalash strategiyalaridan tashqari. O'rnatilgan tizimlar, odatda, murakkabroqdir
ko'pincha apparat dizayni va dasturiy ta'minot dizayni komponentiga ega. Ushbu ikki komponent qo'shiladi
qo'shimcha murakkablik, chunki ikkalasi o'rtasidagi munosabatlar ko'pincha juda bog'langan.
Jismoniy cheklovlar va qarama-qarshi dizayn mezonlari dizaynni erta ko'rib chiqishni talab qiladi, bu fikrlar loyihaning umumiy yo'nalishiga ta'sir qiluvchi dizayn maydonini shakllantiradi. O'zgartirish yoki
o'tkazib yuborilgan dizayn talabi butun loyihani bekor qilishi mumkin.
3.1 Tahlil va dizayn
O'rnatilgan tizimni loyihalash maqsadlar va cheklovlarni to'liq tahlil qilishni talab qiladi.
Ko'pincha cheklovlar va maqsadlar bir-biriga zid keladi, bu esa o'zaro kelishuv zaruriyatini keltirib chiqaradi
raqobat talablari o'rtasida. Asosiy dizayn muammolaridan biri bu umumiy dizayn maqsadlariga eng mos keladigan tizimni optimallashtirish uchun talablarni muvozanatlashdir. Optimallashtirish muammosi
juda ko'p dizayn imkoniyatlari va ko'plab dizayn maqsadlari bilan ajoyib darajada murakkab. Qog'oz
Eisenring , Thiele va Zitzler [12] tomonidan "O'rnatilgan tizim dizaynidagi ziddiyatli mezonlar" bunday dizayn uchun metodologiyani belgilab berdi. Mualliflar quyidagi komponentlar yordam berishi mumkinligini taklif qilishadi
optimallashtirish mezonlarini ham, murakkablikni ham boshqaring:
• Model dizayni - Moslashuvchanlik va modullikni ta'minlovchi vositalar yordamida tizim dizaynini modellashtirish,
yechimni kichik muammolarga ajratish imkonini beradi.
• Optimallashtirish algoritmlaridan foydalanish - Kompyuterda qo'llaniladigan vositalar optimallashtirish algoritmlaridan foydalanishi mumkin
kombinatsion jihatdan qiyin ko'p maqsadli optimallashtirishni hal qilish va dizaynning mumkin bo'lgan yo'llarini o'rganish.
• Ob'ektga asoslangan ko'rinish - Uskuna komponentlarini ob'ekt ko'rsatish tezlashtirish imkonini beradi
dizaynni o'rganish va abstraktsiya orqali dizaynni soddalashtirish.
Model dizayni murakkablikni aniqlash va boshqarishda yordam beradi. Ko'p sonli hisoblash modellari
Agar mavjud bo'lsa, ushbu modellar bir qator atribut va xususiyatlarni aniqlash uchun ishlatilishi mumkin, masalan: komponentlar, protseduralar, jarayonlar, funktsiyalar va holatlar. Aniqlash uchun qo'shimcha modellardan foydalanish mumkin
o'zaro ta'sir, aloqa protokollari va komponent domeni yoki bilim. Modellardan foydalanish
spetsifikatsiyaning to'liqligini, dizaynni tekshirishga imkon beradi va to'g'ridan-to'g'ri oldinga siljishi mumkin
amalga oshirishni tezda shakllantirish strategiyasi.
3.2 Intellektual mulk yadrolari Intellektual mulk (IP) yadrolari apparat dizaynidagi asosiy blok bo'lib, ular kompyuter dasturiy ta'minotidagi kutubxonalarga o'xshashdir. IP yadrolari kirish va chiqishlardan iborat aniqlangan interfeyslarga ega bo'lgan qayta foydalanish mumkin bo'lgan mantiq bloklari bo'lishi uchun mo'ljallangan. IP yadrolari qora qutilar bo'lishi mumkin, xuddi dasturiy ta'minot kutubxonasi funktsiyalari kabi, bu erda ichki qurilmalarning ishlashi foydalanuvchiga ma'lum bo'lmasligi mumkin, bunda dizaynerga o'z mantiqini qamrab olish usulini taqdim etadi. IP yadrolari "yumshoq" yadrolar yoki "qattiq" yadrolar sifatida taqsimlanishi mumkin. Yumshoq yadrolar foydalanuvchiga eng moslashuvchanlikni ta'minlaydigan apparat ta'rifi tilida taqsimlanadi, bu foydalanuvchiga yuqori darajadagi dizaynni tahrirlash va keyin qayta sintez qilish orqali yadroni osonlik bilan o'zgartirishga imkon beradi. Qattiq yadrolar past darajadagi jismoniy tavsif bilan belgilanadi. Bu dizaynning moslashuvchanligini cheklaydi, lekin foydalanuvchiga aniqroq vaqt va ishlash ma'lumotlarini beradi, dizaynni sintez qilish zaruratidan va natijada vaqt nomutanosibliklaridan voz kechadi.
3
.3.1 Quartus II - Atrof-muhit Altera FPGA texnologiyasini amalga oshirish va loyihalash uchun Altera Quartus II ishlab chiqish muhitini taqdim etadi (1-rasm). Dastur barcha Altera mahsulotlarini qo'llab-quvvatlaydi va apparatni loyihalashning bir necha xil usullarini taklif qiladi. AHDL, VHDL, Verilog va SystemVerilog kabi turli xil HDLlar qo'llab-quvvatlanadi. Bundan tashqari, Quartus II muhiti modullarning dizayni davlat mashinalarida yoki blok dizayn diagrammalarida bo'lishiga imkon beradi. Loyiha turli dizayn fayllari kombinatsiyasini o'z ichiga olishi mumkin. Ushbu parametr ishlab chiquvchiga loyiha maqsadlariga mos keladigan eng yaxshi dizayn texnologiyasini tanlash imkonini beradi.