projet de fin d'études - floconcept / electronique ... · florent kermarrec jeudi 4 septembre 2008...
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Florent Kermarrec
Jeudi 4 septembre 2008 1
Projet de fin d'tudesTraitement du signal et communication numrique sur FPGA
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Florent Kermarrec
Jeudi 4 septembre 2008 2
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stagePrsentation du stage- ContexteContexte- Finalit
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGA
Conclusion et perpectives
FPGA: Composant logique programmable
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage
ThalesThalesUn des leaders mondial en lectronique pour:- l'aronautique- l'espace- la dfense- les technologies de l'information
68 00068 000 personnes dont 22 00022 000 ingnieurs travers le monde
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage
Division aronautiqueDivision aronautique
~ 25 % du chiffre d'affairePropose une gamme d'quipements et de sous systmes dont:
- Radars de guerre lectronique et de surveillance maritime- Planches de bord- Cockpits
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage
Service architecture numriqueService architecture numrique
Plus de 30 personnesConception et intgration de coffrets lectronique autours de en 3 ples:
- Ple ingnierie- Ple CLP (Composant Logique Programmable]- Ple Programme
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stageStructure d'un FPGA:
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stageMatrice d'un FPGA:
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stageFlot de conception d'un FPGA:
Simulation
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stagePrsentation du stage- Contexte- FinalitFinalit
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGA
Conclusion et perpectives
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage- Finalit Rcepteur de Guerre electronique:
-Analyse spectrale -Liaison Gigabit Ethernet
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage- Finalit
Carte de traitement
-Amloration de l'existant par l'adjonction d'une connectivit G-Ethernet
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Jeudi 4 septembre 2008 12
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage- Contexte- Finalit
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGAAnalyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGA
Conclusion et perpectives
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Florent Kermarrec
Jeudi 4 septembre 2008 13
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
But: Transposer le signal temporel dans le domaine frquentiel pour une connaissance du milieu radiolectrique.
Rsolution frquentielle : Augmente avec le nombre de points intervenants dans le calcul de la FFT.
Rsolution Temporelle : Inversement proportionnelle la rsolution frquentielle.
Un savant compromis est ncessaire, sauf si ...
FFT: Tranforme de Fourier Rapide
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Voie d'analyse longue
Voie d'analyse courte
bonne rsolution frquentielle--> distinction de menaces de frquences proches
Rsolution temporelle et frquencielle leve--> 2 voies d'analyse:
bonne rsolution temporelle--> dtermination prcise du temps d'arrive de la menace
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Dmarche de conception adopte:Identification des contraintes et architecture du designen consquence
1) Mise en forme des donnes1) Mise en forme des donnes-Fentrage et overlapping
2) Cible Vise : Virtex 5 SX95T2) Cible Vise : Virtex 5 SX95T-Limitation en ressources et en frquence de fonctionnement
3] Utilisation d'une FFT complexe3] Utilisation d'une FFT complexe-Prsentation des donnes et reconstitution du spectre
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Jeudi 4 septembre 2008 16
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA1) Mise en forme des donnes1) Mise en forme des donnes
-Fentrage et overlapping
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Jeudi 4 septembre 2008 17
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA1) Mise en forme des donnes1) Mise en forme des donnes
-Fentrage et overlapping
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Jeudi 4 septembre 2008 18
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA2) Cible Vise : Virtex 5 SX95T2) Cible Vise : Virtex 5 SX95T
-Temps rel-Limitation en ressources et en frquence de fonctionnement
Frquence de fonctionnement :- suprieure 200 Mhz - impose 4 voies de traitement en // pour tenir la frquence d' chantillonnage.
Ressources:- facteur limitant : 640 DSPs
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Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA3] Utilisation d'une FFT complexe3] Utilisation d'une FFT complexe
-Prsentation des donnes et reconstitution du spectre
Algorithme de reconstitution
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Jeudi 4 septembre 2008 20
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA3] Utilisation d'une FFT complexe3] Utilisation d'une FFT complexe
-Prsentation des donnes et reconstitution du spectre
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Jeudi 4 septembre 2008 21
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA3] Utilisation d'une FFT complexe3] Utilisation d'une FFT complexe
-Prsentation des donnes et reconstitution du spectre
--> 4 FFTs courtes pour la voie courte 4 FFTs longues pour la voie longue
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Jeudi 4 septembre 2008 22
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA-Reconstitution
formule:
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Jeudi 4 septembre 2008 23
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA-Reconstitution partie relle
Pipelinage du calcul
Latence de 8 coups d'horloge
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Jeudi 4 septembre 2008 24
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA-Rsultats voie courte
matlab simulation modelsim erreur absolue
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Jeudi 4 septembre 2008 25
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA-Rsultats voie longue
matlab simulation modelsim erreur absolue
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Jeudi 4 septembre 2008 26
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA-Rsultats
-Rptitivit-Cohrence des voies-Erreur < 3 %
(Troncature,dynamique utilise, calcul flottant Matlab)-Projet valid par un test sur carte.
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Jeudi 4 septembre 2008 27
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage- Contexte- Finalit
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGALiaison Gigabit Ethernet sur FPGA
Conclusion et perpectives
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Jeudi 4 septembre 2008 28
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGAContexte:
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Jeudi 4 septembre 2008 29
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGAContexte:
- Flexibilit de l'architecurepoint point vs bus partag pour le VME
- Performancesdbit utile > dbit VME
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Jeudi 4 septembre 2008 30
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGAContexte:
Dveloppement d'une pile UDP/IP hardware
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Jeudi 4 septembre 2008 31
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGAArchitecture:
Modle OSI
Transport
rseau
liaison donnes
physique
... ... ... correctement achemines[ports UDP]
... ... d'un point A un point B [IP, TTL,...]
... intgres (MAC , checksum ]
Transmettre des donnes [Mdium ]
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Jeudi 4 septembre 2008 32
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGAArchitecture:
Dbit utile thorique: 117 Mo / s
Streaming et remplissage des trames
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Jeudi 4 septembre 2008 33
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Modle OSI
Transport
rseau
liaison donnes
physique
Architecture:
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Jeudi 4 septembre 2008 34
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGARsultats:
- Implmentation sur une carte d'valuation Spartan 3A DSP- Liaison full duplex 117117 mo/s
(Temps de latence masqu par le prambule + checksum + delai inter- trame]- systme s'identifiant sur un rseau- pile volutive pour prendre en compte d'autres protocoles rseaux
Implmentation sur une affaire interne.
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Jeudi 4 septembre 2008 35
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGA Amlioration d'une carte de traitement
2 ports G-Ethernet
Systme de routage des donnesFPGAs Ports G-Ethernet
Configuration VME-Paramtres G-Ethernet-Tables de routage
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Jeudi 4 septembre 2008 36
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Prsentation du stage- Contexte- Finalit
Analyse spectrale voie courte/voie longue sur FPGA
Liaison Gigabit Ethernet sur FPGA
Conclusion et perpectivesConclusion et perpectives
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Florent Kermarrec
Jeudi 4 septembre 2008 37
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA
Conclusion et perspectives:
- Monte en puissance des FPGAs dans les applications de traitementdu signal et de communication numrique.
- Vritables systmes part entire.
- Nouveaux outils, nouvelle philosophie de conception.
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Jeudi 4 septembre 2008 38
Traitement du signal et communication numrique sur FPGA