Διερεύνηση υλικού τηλεπικοινωνιακών συστημάτων σε υλοποιήσεις FPGAs

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια παρουσίαση κάποιον παραδειγμάτων ασύρματων διεπαφών με την χρήση καρτών FPGA για να γίνει ποιο κατανοητό το πως αυτές θα βοηθήσουν στο μέλλον την περαιτέρω ανάπτυξη πολλών συστημάτων Έτσι η δομή της παρούσας διπλωματικής είναι: Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί μια εισαγωγή στις ασύρματες επικοινωνίες και στα ασύρματα δίκτυα, την ιστορική τους εξέλιξη καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Το δεύτερο κεφάλαιο γίνεται συνοπτική παρουσίαση των ενσωματωμένων συστημάτων με έμφαση στο FPGA Spartan-3E Starter Board. Αναφέρονται οι ιδιότητες του, η αρχιτεκτονική και οι τρόποι σχεδιασμού και προγραμματισμού των FPGA, η γλώσσα που χρησιμοποιείται συνήθως για τον προγραμματισμό τους. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα έργο Capstone Wireless Network που βασίζεται σε FPGA. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα παράδειγμα γρήγορης αξιολόγηση ισχύος και απόδοσης σε συστήματα ασύρματης επικοινωνίας που βασίζονται σε FPGA Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε ένα παράδειγμα όπου αφού συντάξαμε τον κώδικα σε VDHL γλώσσα, τον προσομοιώνουμε στο VIVADO και καταλήγουμε σε κάποια συμπεράσματα τόσο για απαιτήσεις χώρου και hardware όσο και για όριο μέγιστης συχνότητας λειτουργίας. Επίσης με την χρήση του προγράμματος ISE 14.7 κάνουμε υλοποίηση του προγράμματος και κατεβάζουμε τα προγράμματα στην πλακέτα Spartan 3 και τα δοκιμάζουμε εάν τρέχουν. Τέλος παραθέτουμε κάποια τελικά συμπεράσματα για τις κάρτες FPGA. In this dissertation there is a presentation of some examples of wireless interfaces using FPGA cards to understand how they will help in the future the further development of many systems. So the structure of this dissertation is: The first chapter is an introduction to wireless communications and wireless networks, their historical development as well as their advantages and disadvantages. The second chapter provides a brief overview of embedded systems with an emphasis on the FPGA Spartan-3E Starter Board. It mentions its properties, the architecture and the ways of designing and programming FPGAs, the language that is commonly used for their programming. Chapter 3 presents an FPGA-based Capstone Wireless Network project. The fourth chapter presents an example of a rapid assessment of power and performance in FPGA-based wireless communication systems. In the fifth chapter we present an example where after we have written the code in VDHL language, we simulate it in VIVADO and come to some conclusions both for space and hardware requirements and for maximum operating frequency limit. Also, using the ISE 14.7 program, we implement the program and download the programs to the Spartan 3 board and test them if they are running. Finally, we present some final conclusions about FPGA cards.