Quelques projets de l'institut REDS

MATH2MAT : CALCUL A HAUTE PERFORMANCE SUR FPGA

​Le nombre d'applications nécessitant une grande quantité de calcul, allant des simulations physiques au calcul financier, ne cesse de croître. L'exploitation de circuit FPGA (Field-programmable gate array) permet notamment d'accélérer le traitement et de réduire la consommation énergétique. 

La mise au point de systèmes sur FPGA nécessite un investissement en temps de développement qui est rarement négligeable. Pour faciliter la réalisation d'applications de traitement mathématique, le projet Math2Mat, auquel ont participé 5 institutions de la HES-SO, a débouché sur un logiciel permettant la saisie textuelle de fonctions Octave/Matlab et la génération automatique de code VHDL synthétisable. La structure générée est hautement "pipelinée", permettant d'atteindre des débits de calcul largement plus rapides que ce qu'un processeur peut offrir. Les fonctions supportées sont l'addition, la soustraction, la multiplication, la division et la racine, et les structures de contrôle incluant if/then/elseet la boucle for. Le système généré peut effectuer du calcul sur 32 ou 64 bits en virgule flottante et un banc de test automatique permet de vérifier l'exactitude du résultat, en le comparant avec la solution logicielle. Grâce à ce nouveau logiciel, la mise en place d'un coeur de calcul sur FPGA se fait alors de manière nettement plus rapide. 

Le logiciel est libre et téléchargeable sur : http://www.math2mat.ch 

Contact : yann.thoma@heig-vd.ch 

REPTAR: Reconfigurable Embedded Platform for Training And Research

Une plateforme embarquée universelle
REPTAR est une plateforme modulaire extensible destinée à l'enseignement et à la Ra&D au sein de la HEIG-VD, de la HES-SO et au-delà...
Le projet, initié en 2011, a été conduit et réalisé par l'institut ReDS avec le soutien financier de la HEIG-VD. 

Enseignement
REPTAR est une carte de laboratoire polyvalante pour, entre autres, les cours d'informatique embarquée, d'architecture des systèmes à processeur et de systèmes numériques. La carte REPTAR permet de fédérer une plateforme commune. La carte REPTAR permet de fédérer de nombreux laboratoires sur une plateforme unique.

REPTAR associe un processeur de type OMAP (lui-même constitué d'un core ARM-A8 et d'un DSP) avec un Spartan 6. La plateforme comporte également un grand nombre de périphériques de contrôle, d'affichage et de communication. De conception modulaire, elle offre de nombreuses possibilités d'extensions. 

Du point de vue programmation, les laboratoires peuvent 'effectuer selon différents modes:

  1. Développement au niveau applicatif ou noyau dans le processeur avec OS ou RTOS sans intervention au niveau FPGA
  2. Développement bas niveau sans OS et sans intervention au niveau FPGA
  3. Développement d'applications dans la FPGA sans utilisation du processeur
  4. Développement conjoint de codes processeur et FPGA
Recherche appliquée et développement           
REPTAR est une plateforme de développement adéquate pour de nombreux projets de recherche, rendant inutile, du moins dans un premier temps, la réalisation d'une carte spécifique.​
REPTAR, carte de visite du savoir-faire de la HEIG-VD, se prête parfaitement à la démonstration et à la prospection de projets auprès des industries.

Contact : michel.starkier@heig-vd.ch 

QCrypt: 100Gb Fast Encryption Board

Le projet QCRYPT est réalisé dans le cadre du programme NanoTera. Cette initiative suisse pour les sciences de l’ingénieur, vise à placer notre pays à la pointe d’une nouvelle révolution technologique. Elle fait appel à l’ingénierie et à la technologie de l’information afin d’améliorer la santé, la sécurité et l’environnement, pour le bien-être humain.

A l'heure actuelle, une quantité extrêmement importante de données est échangée sur les réseaux informatiques. La cryptographie permet de réaliser ces échanges de manière sécurisée, ans qu'un tiers ne puisse mettre la main sur des données sensibles. Le concept est composé de deux parties: l'échange de clés, et le cryptage à l'aide de cette clé. Les systèmes actuels utilisent une clé réputée sure, mais qui pourrait souffrir de quelques faiblesses, notamment si l'ordinateur quantique venait à faire son apparition. Une réponse à cette faille est donnée par l'usage unique de la clé de cryptage. Bien que fournissant un cryptage totalement sûr, cette technique nécessite d'échanger une clé pour chaque communication, ce qui n'est pas possible à l'heure actuelle. En effet, la cryptographie quantique permet un échange de clé sûr, mais le débit ainsi atteint est nettement trop faible.

Ce projet vise donc à une très nette amélioration de la technologie actuelle. Premièrement, l'échange de clé basé sur les propriétés quantiques sera amélioré afin d'atteindre un débit de 1Mbps, très supérieur à ce qui est proposé actuellement. Deuxièmement, le cryptage sera également amélioré et couplé à cet échange de clé. Les débits d'échange d'information cryptée devraient, durant ce projet, passer à 100Gb/s, alors qu'ils sont actuellement de l'ordre de quelques Gb/s. De plus, la transmission de données passera par les réseaux de fibre optique standards utilisés par les opérateurs de télécommunications, rendant possible leur déploiement à grande échelle. 

Contact: etienne.messerli@heig-vd.ch 

RECOMS: Reconfigurable Emeddede Communication System

Dans de nombreux cas, les systèmes embarqués à processeur comportent des périphériques de communication radio. Etant gravées dans le silicium, leurs fonctions ne peuvent pas être modifiées. L'architecture proposée associe un front-end analogique, un composant reconfigurable (FPGA) et un processeur. Etant donné que le traitement de signal numérique est effectué dans la FPGA, la plupart des fonctionnalités de communication peuvent être changées de manière quasi instantanée en instanciant de nouveaux périphériques virtuels.

Environnement matériel et logiciel
L'objectif du projet RECOMS est le développement d'une plateforme matérielle et d'un environnement de développement (Virtual Peripheral Framework) permettant la mise en oeuvre de périphériques virtuels de manière rapide et efficace.
La plateforme matérielle est composée d'une carte comprenant un processeur XScale PXA-320 (ARM) et une FPGA Xilinx Virtex-5. Elle permet également d'accueillir des modules radio analogiques. Le framework pour périphériques virtuels comprend des blocs d'interfaçage FPGA, un pilote Linux ainsi qu'une API C et C++.

Interfaçage automatique et reconfiguration
Les périphériques virtuels sont développés avec Matlab Simulink. Une bibliothèque de blocs (RECOMS blockset) permet l'interfaçage entre le processeur et la FPGA. Elle comprend des fonctions de contrôle et de transfert de données, le probing, la conversion AD/SA et la gestion d'horloges. Lorsque les blocs RECOMS sont ajoutés à un diagramme Simulink, les éléments d'interfaçage et les ports de communication sont générés automatiquement afin d'instancier jusqu'à 4096 canaux de données. Ceux-ci supportent presque tout type de données, de formats et de taux de transfert. Le pilotage et l'API sont également mis à jour automatiquement. Ce mécanisme permet une reconfiguration dynamique hardware et software en un temps très court (300ms typique).

Contact: etienne.messerli@heig-vd.ch 

PLATEFORME EMBARQUEE HERCOS

HERCOS (Hybrid Embedded Realtime control System) est une plateforme embarquée low cost et complètement autonome, entièrement réalisée par l'institut ReDS, permettant le pilotage temps réel d'un dispositif 3 axes. Elle intègre sur une même plateforme un microcontrôleur 32 bits orienté multimédia de type ARM Cortex-A8, un écran tactile, des dispositifs de communication sans fil conventionnels, ainsi qu'un circuit FPGA de dernière génération. Cette architecture permet une flexibilité accrue dans la gestion du temps réel et de la régulation. Le système peut être piloté à distance via une tablette PC ou un smartphone. HERCOS constitue une évolution logique de réalisations précédentes au sein du ReDS, conçues sur des architectures similaires, avec des techniques logicielles innovantes basées sur la virtualisation embarquée.

Contact : daniel.rossier@heig-vd.ch 

Projet EXM : La plateforme Embedded-X-Motion

La plateforme Embedded-X-Motion offre un environnement logiciel et matériel exceptionnel permettant le pilotage de plusieurs axes moteurs sans la nécessité de disposer d'une infrastructure lourde impliquant des bus de terrain.

Les principales innovations du système EXM résident dans l'utilisation d'un framework logiciel de vitualisation embarquée (EmbeddedXEN) développé par l'institut ReDS, et la combinaison matérielle d'un microcontrôleur 32 bits de dernière génération avec un circuit programmable de type FPGA. Un tel environnement permet l'exécution simultanée de deux systèmes d'exploitation : l'un dédié aux applications critiques, l'autre dédié aux interfaces utilisateurs avec écran tactile et aux connexion internet. 

La configuration matérielle de la plateforme EXM offre une flexibilité très appréciable en termes d'extensibilité, ainsi qu'une puissance de calcul élevée répondant aux exigences d'une régulation de commande d'axes.

Contact : etienne.messerli@heig-vd.ch 

Analyseur bluetooth low energy

Bluetooth Low Energy est un nouveau standard découlant du bien connu Bluetooth. Il est en passe de s'imposer dans tous les équipements nécessitant de pouvoir communiquer sur de courtes distances en minimisant la consommation énergétique. Dans ce cadre, l'institut ReDS a collaboré avec l'entreprise Ellisys pour la mise au point d'un analyseur Bluetooth LE. L'institut y a conçu et réalisé un analyseur de paquets dans un circuit reconfigurable. Ce nouvel appareil, qui est maintenant commercialisé par Ellisys, permettra aux entreprises développant des produits incorporant ce nouveau protocole de communication de pouvoir aisément tester leurs systèmes, via une interface conviviale.

Contact : yann.thoma@heig-vd.ch


 

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