|
|
Hardware Accelerated Functional Verification
Zachariášová, Marcela ; Kotásek, Zdeněk (oponent) ; Kajan, Michal (vedoucí práce)
Functional verification is a widespread technique to check whether a hardware system satisfies a given correctness specification. The complexity of modern computer systems is rapidly rising and the verification process takes a significant amount of time. It is a challenging task to find appropriate acceleration techniques for this process. In this thesis, we describe theoretical principles of different verification approaches such as simulation and testing, functional verification, and formal analysis and verification. In particular, we focus on creating verification environments in the SystemVerilog language. The analysis part describes the requirements on a system for acceleration of functional verification, the most important being the option to easily enable acceleration and time equivalence of an accelerated and a non-accelerated run of a verification. The thesis further introduces a design of a verification framework that exploits the field-programmable gate array technology, while retaining the possibility to run verification in the user-friendly debugging environment of a simulator. According to the experiments carried out on a prototype implementation, the achieved acceleration is proportional to the number of checked transactions and the complexity of the verified system. The maximum acceleration achieved on the set of experiments was over 130 times.
|
|
|
OPTIMIZATION OF ALGORITHMS AND DATA STRUCTURES FOR REGULAR EXPRESSION MATCHING USING FPGA TECHNOLOGY
Kaštil, Jan ; Plíva, Zdeněk (oponent) ; Vlček, Karel (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis deals with fast regular expression matching using FPGA. Regular expression matching in high speed computer networks is computationally intensive operation used mostly in the field of the computer network security and in the field of monitoring of the network traffic. Current solutions do not achieve throughput required by modern networks with respect to all requirements placed on the matching unit. Innovative hardware architectures implemented in FPGA or ASIC have the highest throughput. This thesis describes two new architectures suitable for the FPGA and ASIC implementation. The basic idea of these architectures is to use perfect hash function to implement transitional function of deterministic finite automaton. Also, architecture that allows the user to introduce small probability of errors into the matching process in order to reduce memory requirement of the matching unit was introduced. The thesis contains analysis of the effect of these errors to overall reliability of the system and compares it to the reliability of currently used approach. The measurement of properties of regular expressions used in analysis of the traffic in modern computer networks was performed in the thesis. The analysis implies that most of the used regular expressions are suitable for the implementation by proposed architectures. To guarantee high throughput of the matching unit new algorithms for alphabet transformation is proposed. The algorithm allows to transform the automaton to accept several input characters per one transition. The main advantage of the proposed algorithm over currently used solutions is that it does not have any limitation over the number of characters that are accepted at once. Implemented architectures were compared with the current state of the art algorithm and 200MB memory reduction was achieve
|
|
|
Metodologie pro návrh číslicových obvodů se zvýšenou spolehlivostí
Straka, Martin ; Gramatová, Elena (oponent) ; Racek, Stanislav (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
Práce představuje alternativní metodiku k již existujícím technikám pro návrh číslicových systémů se zvýšenou spolehlivostí implementovaných do obvodů FPGA a doplňuje některé nové vlastnosti při realizaci a testování těchto systémů. Práce se opírá o využití částečné dynamické rekonfigurace obvodu FPGA při návrhu systémů odolných proti poruchám, kde může být částečná rekonfigurace využita jako mechanizmus pro opravu a zotavení systému po výskytu poruchy. Práce nejprve představuje obecné principy diagnostiky, testování a spolehlivosti číslicových systémů včetně stručného popisu programovatelných obvodů FPGA a jejich architektury. Dále pokračuje přehledem současných metod a technik při návrhu a implementaci systémů odolných proti poruchám do obvodů FPGA, kde jsou popsány zejména techniky z oblasti detekce a lokalizace poruch, opravy a posuzování kvality návrhu. Nejdůležitější částí práce je popis metodiky pro návrh, implementaci a testování systémů odolných proti poruchám, která byla vytvořena pro obvody FPGA, jejichž konfigurační paměť je založena na pamětech typu SRAM. Nejprve je prezentována technika pro vytváření a automatizované generování hlídacích obvodů pro číslicové systémy a komunikační protokoly v FPGA, následně je prezentovaná referenční architektura spolehlivého systému implementovaného do FPGA včetně několika odolných architektur využívajících principu částečné dynamické rekonfigurace jako mechanizmu opravy a zotavení po výskytu poruchy. Dále je popsán způsob řízení rekonfiguračního procesu a testovací platforma pro snadné testovaní a ověření kvality systémů odolných proti poruchám implementovaných dle navržené metodiky. V závěru jsou diskutovány experimentální výsledky a přínos práce.
|
|
|
Metodika vkládání kontrolních prvků do číslicového systému
Bartl, Michal ; Straka, Martin (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
Problematika popisovaná a řešená v této diplomové práci zapadá tématicky do oblasti testování číslicových obvodů. Jsou v ní vysvětleny základní pojmy jako spolehlivost, řiditelnost, pozorovatelnost a testovatelnost obvodu. Více rozepsány jsou jednotlivé techniky pro zvyšování spolehlivosti číslicových obvodů a je zde uveden také příklad metod zvyšujících testovatelnost obvodu i metody určující metriku, která udává, nakolik je daný obvod diagnostikovatelný. V práci je dále popsán formální model struktury číslicového obvodu, na který navazuje implementační část. V ní byl vytvořen programový prostředek, jehož hlavní funkcí je nalezení komponent, z nichž obvod sestává, a rozpoznání jejich funkce. Pro tyto obvodové prvky dále program vytváří kontrolní obvody, které sledují jejich správnou funkci.
|
|
|
Methodology for Fault Tolerant Systems Design into Limited Implementation Area in FPGA
Mičulka, Lukáš ; Racek, Stanislav (oponent) ; Vlček, Karel (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
The work presents a methodology of fault tolerant system design into an FPGA with the ability of the transient fault and the permanent fault mitigation. The transient fault mitigation is done by the partial dynamic reconfiguration. The mitigation of a certain number of permanent faults is based on using a specific fault tolerant architecture occupying less resources than the previosly used one and excluding the faulty part of the FPGA from further use. This inovative technique is based on the precompiled configurations stored in an external memory. To reduce the required space for a partial bitstream the relocation technique is used.
|
|
|
New Methods for Increasing Efficiency and Speed of Functional Verification
Zachariášová, Marcela ; Dohnal, Jan (oponent) ; Steininger, Andreas (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
In the development of current hardware systems, e.g. embedded systems or computer hardware, new ways how to increase their reliability are highly investigated. One way how to tackle the issue of reliability is to increase the efficiency and the speed of verification processes that are performed in the early phases of the design cycle. In this Ph.D. thesis, the attention is focused on the verification approach called functional verification. Several challenges and problems connected with the efficiency and the speed of functional verification are identified and reflected in the goals of the Ph.D. thesis. The first goal focuses on the reduction of the simulation runtime when verifying complex hardware systems. The reason is that the simulation of inherently parallel hardware systems is very slow in comparison to the speed of real hardware. The optimization technique is proposed that moves the verified system into the FPGA acceleration board while the rest of the verification environment runs in simulation. By this single move, the simulation overhead can be significantly reduced. The second goal deals with manually written verification environments which represent a huge bottleneck in the verification productivity. However, it is not reasonable, because almost all verification environments have the same structure as they utilize libraries of basic components from the standard verification methodologies. They are only adjusted to the system that is verified. Therefore, the second optimization technique takes the high-level specification of the system and then automatically generates a comprehensive verification environment for this system. The third goal elaborates how the completeness of the verification process can be achieved using the intelligent automation. The completeness is measured by different coverage metrics and the verification is usually ended when a satisfying level of coverage is achieved. Therefore, the third optimization technique drives generation of input stimuli in order to activate multiple coverage points in the veri\-fied system and to enhance the overall coverage rate. As the main optimization tool the genetic algorithm is used, which is adopted for the functional verification purposes and its parameters are well-tuned for this domain. It is running in the background of the verification process, it analyses the coverage and it dynamically changes constraints of the stimuli generator. Constraints are represented by the probabilities using which particular values from the input domain are selected. The fourth goal discusses the re-usability of verification stimuli for regression testing and how these stimuli can be further optimized in order to speed-up the testing. It is quite common in verification that until a satisfying level of coverage is achieved, many redundant stimuli are evaluated as they are produced by pseudo-random generators. However, when creating optimal regression suites, redundancy is not needed anymore and can be removed. At the same time, it is important to retain the same level of coverage in order to check all the key properties of the system. The fourth optimization technique is also based on the genetic algorithm, but it is not integrated into the verification process but works offline after the verification is ended. It removes the redundancy from the original suite of stimuli very fast and effectively so the resulting verification runtime of the regression suite is significantly improved.
|
|
|
Řídící systém pro modelovou železnici využívající FITKit
Kandrik, Ján ; Kotásek, Zdeněk (oponent) ; Straka, Martin (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá řídicím systémem pro modelovou železnici, vycházejícím z nejmodernějšího zabezpečovacího zařízení, používaného na skutečné železnici, elektronického stavědla. V práci je popsána práce zabezpečovacího zařízení, reálie provozu zabezpečovacího zařízení na modelové železnici a v neposlední řadě návrh a implementace takovéhoto zařízení. Diskutována je též realizace částí systému s využitím výukové platformy FITkit.
|
|
|
Metodika návrhu synchronizace a obnovy stavu systému odolného proti poruchám
Szurman, Karel ; Fišer, Petr (oponent) ; Racek, Stanislav (oponent) ; Vlček, Karel (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato disertační práce představuje metodiku vytvořenou pro návrh synchronizace a obnovy stavu systému odolného proti poruchám. Metoda synchronizace stavu navržená podle popsané metodiky umožňuje opravit stav paměťových prvků systému, které jsou implementovány v aplikační logické vrstvě číslicového návrhu v FPGA a jejichž hodnoty nelze opravit částečnou dynamickou rekonfigurací. Vytvořená metodika popisuje možné způsoby návrhu metod synchronizace s ohledem na granularitu TMR, závislost funkce systému na předchozích stavech a samotné architektuře číslicového systému. Metodika se blíže zaměřuje na hrubozrnné architektury TMR a problematiku synchronizace stavu v systémech řízených stavovými automaty nebo procesorem. V této práci je využití vytvořené metodiky předvedeno na návrhu metod synchronizace stavu pro systém řadiče sběrnice CAN odolného proti poruchám a zabezpečený systém mikrokontroléru NEO430. Při experimentálním ověření mechanismů opravy a obnovy stavu systému po poruše byla ověřena jak správná funkce systémů, tak jejich spolehlivost v přítomnosti simulovaných poruch typu SEU. V závěru práce jsou diskutovány dosažené experimentální výsledky a přínos práce.
|
|
|
Metodika aplikace testu obvodu založená na identifikaci testovatelných bloků
Herrman, Tomáš ; Plíva, Zdeněk (oponent) ; Racek, Stanislav (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
Dizertační práce se zabývá analýzou číslicových obvodů popsaných na úrovni meziregistrových přenosů. Je v ní zahrnuta pouze problematika související s testovatelností obvodových datových cest, řadičem ovládajícím tok dat těmito cestami se nezabývá. Stěžejní částí práce je návrh konceptu testovatelného bloku (TB), pomocí něhož se obvod rozdělí na části, jež jsou plně testovatelné přes jejich vstupy a výstupy, přes takzvané hraniční registry bloku nebo primární vstupy/výstupy. Přínosem nové metodiky je také redukce počtu registrů v řetězci scan, do něhož jsou zařazeny pouze hraniční registry. Segmentací obvodu dosáhneme také zjednodušení generování testu rozdělením tohoto problému na více menších částí. Navržená metodika pro identifikaci TB v číslicovém obvodu využívá dvou vybraných evolučních algoritmů operujících na formálním modelu obvodu na úrovni RT.
|
|
|
Optimalizace testu digitálního obvodu multifunkčními prvky
Stareček, Lukáš ; Gramatová, Elena (oponent) ; Kubátová, Hana (oponent) ; Kotásek, Zdeněk (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá možností optimalizace testu číslicových obvodů pomocí multifunkčních logických hradel. Nejdůležitější částí práce je vysvětlení samotného principu optimalizace, který je popsán také formálními matematickými prostředky. Na základě tohoto popisu je v práci prezentováno několik možností využití. Ukázána je optimalizace testovatelnosti obdobná metodě vkládání testovacích bodů a jednoduchá metodika založena na základě SCOAP. Těžištěm práce je však metodika, která byla vytvořena pro optimalizaci testu obvodu. Ta byla implementována v podobě softwarových nástrojů. V práci jsou následně prezentovány výsledky použití těchto nástrojů na úloze snížení počtu testovacích vektorů se zachováním pokrytí poruch pro různé obvody včetně testovací sady ISCAS 85. Část práce je věnována také různým principům a technologiím tvorby multifunkčních logických hradel. Některá vybraná hradla z těchto technologií jsou podrobena simulacím elektronických vlastností ve SPICE. Na základě principů prezentované metodiky a výsledků simulací multifunkčních hradel je také provedena analýza a rozbor různých problémů jako je platnost testu modifikovaného obvodu a vhodnost jednotlivých technologií multifunkčních hradel pro danou metodiku. Výsledky analýz a provedených experimentů je potvrzeno, že pomocí multifunkčních hradel lze optimalizovat diagnostické vlastnosti obvodu takovým způsobem, aby došlo k požadovaným úpravám parametrů výsledných testů obvodů při minimálních dopadech na kvalitu a věrohodnost těchto testů.
|
host ::
RSS.