Desarrollo de una plataforma software empotrada basada en SoC FPGA Zynq para aplicaciones de Astrofísica


Estudiante: David S. Miranda Guillén
Tutores: Pedro Pérez Carballo (DIEA)
Fecha lectura: 13/01/2023
Lugar: Aula de Tele-enseñanza, Pab. A, Edificio de Electrónica y Telecomunicación
Resumen castellano:
En este Trabajo Fin de Máster se presenta el desarrollo e implementación de un sistema hardware/software perteneciente a un equipo para la caracterización de la polarización del Fondo Cósmico de Microondas, y otros procesos físicos galácticos o extragalácticos que emiten en microondas en el rango de frecuencias 10-42GHz, y a grandes escalas angulares (1 grado de resolución).
Dicho sistema hardware está fabricado sobre un rack de 2U que actúa como continente de dos plazas ZedBoard comunicadas por su conector FMC, 4 ADC AD7768, un RTCC y una fuente de alimentación para todo el sistema. En cuanto al subsistema software se construye una solución AMP basada en Linux-baremetal para el funcionamiento del sistema. Esto permite realizar una comunicación entre alto y bajo nivel, diseñando una aplicación cliente-servidor que permita interactuar con el hardware.
El subsistema software está creada en lenguaje C++ utilizando en algunos casos un lenguaje de más bajo nivel, que permite interactuar mejor con un sistema empotrado, como es C. Se ha desarrollado el sistema, para que pueda ser utilizados por múltiples clientes, atendiendo a las características propias de este.
Para llegar a esta solución, ha sido necesario un estudio previo de las tecnologías disponibles, ya sean software o hardware. En primer lugar, escoger los sistemas operativos y lenguajes de programación adecuados que se adapten de la mejor forma al equipo disponible y, en segundo lugar, estudiar los recursos hardware de los que se dispone: memoria RAM, almacenamiento, periféricos, etc.
Para validar el sistema, se realizan una serie de pruebas inyectando datos de forma sintética y comprobando que las configuraciones que se realizan desde la aplicación se ven reflejadas en el comportamiento del hardware. Con ello se puede así comprobar que los datos capturados son los esperados y se cumplen las especificaciones del sistema planteadas.
Resumen inglés:
This Master Thesis presents the development and implementation of a hardware/software system belonging to a equipment for the characterisation of the polarisation of the Cosmic Microwave Background, and other galactic or extragalactic physical processes that emit in microwaves in the frequency range 10-42GHz, and at large angular scales (1 degree resolution).
This hardware system is built on a 2U rack that acts as a container for two ZedBoard’s slots connected by their FMC connector, 4 ADC AD7768, a RTCC and a power supply for the whole system. As for the software block, an AMP solution based on Linux-baremetal is built for the operation of the system. This allows communication between high and low level, designing a client-server application that allows interaction with the hardware.
The software system is created in C++ language, using in some cases a lower-level language that allows a better interaction with an embedded system such as C. The system has been developed so that it can be used by multiple clients, considering its own characteristics.
To develop this solution, it was necessary to carry out a study of the available technologies, both software and hardware. Firstly, to choose the appropriate operating systems and programming languages that best adapt to the equipment available and, secondly, to study the hardware resources available: RAM memory, storage, peripherals, etc.
To validate the system, a series of tests are carried out by artificially injecting data that are assimilated to reality and checking that the configurations made from the application are reflected in the behaviour of the hardware. In this way, it can be verified that the data captured are as expected and that the system specifications are met.
Tribunal:
  • Presidente: Roberto Sarmiento Rodríguez
  • Secretario: Sunil Lalchand Khemchandani
  • Vocal: Fernando de la Puente Arrate
Calificación:
Documentos: Resumen Póster Memoria