MLAB wiki

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Historie:
cs:gnss

Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

Odkaz na výstup diff

Obě strany předchozí revizePředchozí verze
Následující verze		Předchozí verze
cs:gnss [2014/01/06 13:42] – [Řídící počítač] kaklikcs:gnss [Unknown date] (aktuální) – upraveno mimo DokuWiki (Unknown date) 127.0.0.1
Řádek 40: Řádek 40:
 Spínaný směšovač lze z optických prvků vytvořit například tak, že klasické elektronické spínače v RF cestě za LNA budou ještě v blízkosti antény nahrazeny za laserové diody ukončené optickými vlákny. Tyto laserové diody budou mít proudový bias napájený RF signálem, který je třeba konvertovat a vzorkovat. Samotné spínání pak bude realizováno přivedením jednoho kvadrantu signálu LO na aktivační vstupy řídící elektroniky laseru. Laserová dioda tak vytvoří impulz jehož energie bude úměrná amplitudě RF signálu za dobu vzorku.   Spínaný směšovač lze z optických prvků vytvořit například tak, že klasické elektronické spínače v RF cestě za LNA budou ještě v blízkosti antény nahrazeny za laserové diody ukončené optickými vlákny. Tyto laserové diody budou mít proudový bias napájený RF signálem, který je třeba konvertovat a vzorkovat. Samotné spínání pak bude realizováno přivedením jednoho kvadrantu signálu LO na aktivační vstupy řídící elektroniky laseru. Laserová dioda tak vytvoří impulz jehož energie bude úměrná amplitudě RF signálu za dobu vzorku.  
 A tento signál se bude dále šířit optickým vláknem. A tento signál se bude dále šířit optickým vláknem.
 +
 +Tento způsob přenosu je znám jako [[http://arxiv.org/pdf/1308.5481.pdf|Radio-Frequency-over-Fiber link for large-array
 +radio astronomy applications]]
  
 ==== Digitalizace ==== ==== Digitalizace ====
Řádek 80: Řádek 83:
 ==== PCI Express ==== ==== PCI Express ====
  
-[[http://en.wikipedia.org/wiki/PCI_Express|PCI Express]] je dnes standardní expanzní sběrnice rozšířená ve výpočetním hardwaru. Oproti USB 3.0 má mnoho vylepšení vhodných pro přenos dat v reálném čase. Jedním z nich je například nativní podpora [[http://cs.wikipedia.org/wiki/DMA|DMA]]. Další výhodou je na rozdíl od USB 3.0 poměrně nenáročná implementace v FPGA, jelikož většina dnešních FPGA obsahuje HW core blok, který připojení na sběrnici PCIe podporuje.  Nevýhodou tohoto rozhraní je jeho problematické vedení na delší vzdálenost. Proto je prakticky omezené pouze na základní desky počítačů a jejich nejbližší okolí. +[[http://en.wikipedia.org/wiki/PCI_Express|PCI Express]] je dnes standardní expanzní sběrnice rozšířená ve výpočetním hardwaru včetně průmyslových aplikací. Oproti USB 3.0 má mnoho vylepšení vhodných pro přenos dat v reálném čase. Jedním z nich je například nativní podpora [[http://cs.wikipedia.org/wiki/DMA|DMA]]. Další výhodou je na rozdíl od USB 3.0 poměrně nenáročná implementace v FPGA, jelikož většina dnešních FPGA obsahuje HW core blok, který připojení na sběrnici PCIe podporuje.  Nevýhodou tohoto rozhraní je jeho problematické vedení na delší vzdálenost. Proto je prakticky omezené pouze na základní desky počítačů a jejich nejbližší okolí. 
  
 ==== Thunderbolt ==== ==== Thunderbolt ====
Řádek 87: Řádek 90:
  
 Podstatným přínosem tohoto řešení je nezávislost na zvolené výpočetní platformě v době vývoje. Desku s korelátory by bylo proto možné pro účely vývoje propojit se standardním PC pomocí modulu [[cs:tbpcie|TBPCIE01A]],  Podstatným přínosem tohoto řešení je nezávislost na zvolené výpočetní platformě v době vývoje. Desku s korelátory by bylo proto možné pro účely vývoje propojit se standardním PC pomocí modulu [[cs:tbpcie|TBPCIE01A]], 
-A po zvolení konkrétního výpočetního hardwaru by přijímač byl připojený přímo na jeho PCI Express sběrnici. Tímto způsobem by bylo možné obejít problematický bod volby řídícího počítače. A tím se vyhnout zastarání výpočetního HW přěd ukončením vývoje.+A po zvolení konkrétního výpočetního hardwaru by přijímač byl připojený přímo na jeho PCI Express sběrnici. Tímto způsobem by bylo možné obejít problematický bod volby řídícího počítače. A tím se vyhnout zastarání výpočetního HW před ukončením vývoje.
  
 ===== Řídící počítač ===== ===== Řídící počítač =====
Řádek 97: Řádek 100:
   - Výpočet polohy, dekódování navigační zprávy a příprava dat pro uživatele.   - Výpočet polohy, dekódování navigační zprávy a příprava dat pro uživatele.
  
-Vzhledem k tomu, žě aktuálně je velmi perspektivní architektura ARM, která se však velmi rychle vyvíjí. Tak by bylo vhodné jako výpočetní jednotku pro testovací účely využít standardní PC. +Vzhledem k tomu, že aktuálně je velmi perspektivní architektura ARM, která se však velmi rychle vyvíjí. Tak by bylo vhodné jako výpočetní jednotku pro testovací účely využít standardní PC a pak přejít na ARM po základním otestování algoritmů.
  
 ==== Obsluha korelátorů ==== ==== Obsluha korelátorů ====
Řádek 104: Řádek 107:
 perioda kódu se u každé družice mírně liší. perioda kódu se u každé družice mírně liší.
  
-Obsloužení korelátoru znamená přečtení minimálně 10 až 20 32-bitových registrů, výpočet algoritmu a zápis dvou 32 bitových registrů. Algoritmus sice není výpočetně +Obsloužení korelátoru znamená přečtení minimálně 10 až 20 32-bitových registrů, výpočet algoritmu a zápis dvou 32 bitových registrů. Algoritmus sice není výpočetně náročný a lze jej implementovat i v pevné desetinné čárce. Ale při obsluze korelátorů nesmí nastávat výpadky. V opačném případě nastane skoková chyba pseudovzdálenosti, naruší se synchronizace navigační zprávy a celého obslužného programu. Opravou je pak provedení opětovného nastavení kanálu, nová akvizice a synchronizace dálkoměrného kódu.  
-náročný a lze jej implementovat i v pevné desetinné čárce. Ale při obsluze korelátorů nesmí nastávat výpadky. V opačném případě nastane skoková chyba pseudovzdálenosti, naruší se synchronizace navigační zprávy a + 
-celého obslužného programu. Opravou je pak provedení opětovného nastavení kanálu, nová akvizice a synchronizace dálkoměrného kódu.+Protože obsluha korelátoru je pak časově náročným problémem existují dva možné přístupy k jeho řešení.  
  
 === Obsluha korelátoru výpočetní jednotkou umístěnou v FPGA === === Obsluha korelátoru výpočetní jednotkou umístěnou v FPGA ===
Řádek 117: Řádek 121:
   * Větší efektivita algoritmů a menší latence obsluhy korelátorů.   * Větší efektivita algoritmů a menší latence obsluhy korelátorů.
  
 +Tento přístup využívá například konstrukce [[http://www.holmea.demon.co.uk/GPS/Main.htm|Homemade GPS Receiver]].
  
 Nevýhody tohoto řešení: Nevýhody tohoto řešení:
  
-  * Problematická možnost aktualizace a úpravy algoritmů obsluhy. +  * Problematická možnost aktualizace a úpravy algoritmů obsluhy. V podstatě nemožnost dynamické adaptace algoritmů. 
-  * Nutnost specifické komplikované konstrukce výpočetní jednotky pro každý systém zvlášť.+  * Nutnost specifické komplikované konstrukce výpočetní jednotky pro každý navigační systém zvlášť.
   * Problematická realizace konstrukce výpočetní jednotky. (Nejsou dostupné vhodné vývojové nástroje)   * Problematická realizace konstrukce výpočetní jednotky. (Nejsou dostupné vhodné vývojové nástroje)
  
Řádek 133: Řádek 138:
 Výhody řešení: Výhody řešení:
  
-  * Snadná možnost aktualizace metody obsluhy korelátorů změnou programu v nadřazené výpočetní jednotce.+  * Snadná možnost dynamické aktualizace metody obsluhy korelátorů změnou programu v nadřazené výpočetní jednotce.
   * Implementační obtížnost je podobná pro všechny navigační systémy.   * Implementační obtížnost je podobná pro všechny navigační systémy.
   * Systém lze téměř libovolně škálovat, protože jeho rozsah je limitován pouze přenosovou kapacitou použitého rozhraní a výpočetním výkonem nadřazené řídící jednotky.   * Systém lze téměř libovolně škálovat, protože jeho rozsah je limitován pouze přenosovou kapacitou použitého rozhraní a výpočetním výkonem nadřazené řídící jednotky.
Řádek 154: Řádek 159:
 se signál rozdělí do úseků o době trvání 1 ms, signál se převede do spektra, se signál rozdělí do úseků o době trvání 1 ms, signál se převede do spektra,
 vynásobí spektrem repliky a pak zase zpátky do časové oblasti, jednotlivé úseky vynásobí spektrem repliky a pak zase zpátky do časové oblasti, jednotlivé úseky
-se přitom nekoherentně sčítají. Tento algoritmus lze dnes efektivně počítat v GPU+se přitom nekoherentně sčítají. Tento algoritmus lze dnes efektivně počítat v GPU pomocí OpenCL
    
 V režimu akvizice je kritický pouze přenos dat z FPGA do počítače, vlastní výpočet V režimu akvizice je kritický pouze přenos dat z FPGA do počítače, vlastní výpočet
Řádek 169: Řádek 174:
 nekritická. Přenášený objem dat bude kolem 1 kB za sekundu v obou směrech. nekritická. Přenášený objem dat bude kolem 1 kB za sekundu v obou směrech.
  
- +Z uvedených požadavků na výpočetní výkon a komunikační rozhraní vychází koncepce FPGA s DMA přenosem do paměti výpočetní jednotky jako nejlepší řešení. Navíc v připadě použití operačního systému Linux na víceprocesorovém systému tak, aby jeden procesor (jádro) obsluhoval jen hardware, tak by byl zároveň odstraněn problém s latencí interruptů (jinak lze řešit i bez přerušení jen semafory v operační paměti). Zbývající jádra by pak mohla být použita na časově nekritické výpočty.
- +
-Z uvedených požadavků na výpočetní výkon a komunikační rozhraní vychází koncepce FPGA s DMA přenosem do paměti výpočetní jednotky jako nejlepší řešení. Navíc v připadě použití operačního systému Linux tak, aby jeden procesor (jádro) obsluhoval jen hardware, tak by byl zároveň odstraněn problém s latencí interruptů (jinak lze řešit i bez přerušení jen semafory v operační paměti). Zbývající jádra by pak mohla být použita na časově nekritické výpočty.+
  
 Jako výpočetní jednotka by v takovém případě mohl být použit některý [[https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_single-board_computers|jednodeskový počítač]] vybavený více-jádrovým procesorem ARM a GPU jednotkou podporující OpenCL pro výpočet akvizice.  Jako výpočetní jednotka by v takovém případě mohl být použit některý [[https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_single-board_computers|jednodeskový počítač]] vybavený více-jádrovým procesorem ARM a GPU jednotkou podporující OpenCL pro výpočet akvizice. 
Řádek 178: Řádek 181:
 ===== Programové zpracování ===== ===== Programové zpracování =====
  
-Vytvoření softwaru je nejproblematičtější částí projektu. Jelikož softwarové algoritmy jsou hlavní částí projektu. +Vytvoření softwaru je nejproblematičtější částí projektu. Jelikož softwarové algoritmy jsou hlavní částí probrému. 
  
 Ideálním řešením obsluhy přerušení by bylo přesměrování intrerruptu od korelátorů pouze na jedno jádro procesoru (známé jako afinita procesoru).  Ideálním řešením obsluhy přerušení by bylo přesměrování intrerruptu od korelátorů pouze na jedno jádro procesoru (známé jako afinita procesoru). 
Řádek 193: Řádek 196:
   * [[http://www.qnx.com/products/neutrino-rtos/index.html|QNX]]   * [[http://www.qnx.com/products/neutrino-rtos/index.html|QNX]]
   * [[https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page|Real-Time Linux]]   * [[https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page|Real-Time Linux]]
- 
-===== Úkoly k vyřešení ===== 
- 
-  * Dokončení návrhu potřebných modulů 
-  * Výběr vhodné výpočetní jednotky 
-  * Rozhodnutí o nutnosti, nebo zbytečnosti použití RTOS systému 
-  * Provedení otestování navrženého řešení 
- 
  
 ===== Výsledky studie ===== ===== Výsledky studie =====
Řádek 208: Řádek 203:
 ==== Testovací přípravek ==== ==== Testovací přípravek ====
  
-Tento testovací přípravek by se měl zaměřit nejdříve pouze na jeden navigační systém, neboť náročnost problému se se vzrůstajícím počtem použitých navigačních systémů škáluje nelineárně, v důsledku toho, že každý navigační systém potřebuje jiný algoritmus obsluhy dálkoměrné jednotky. +Tento testovací přípravek by se měl zaměřit nejdříve pouze na jeden navigační systém, neboť náročnost problému se se vzrůstajícím počtem použitých navigačních systémů škáluje nelineárně, v důsledku toho, že každý navigační systém potřebuje jiný algoritmus obsluhy korelační jednotky. 
  
 Pro realizaci testovacího přípravku by bylo vhodné využít již existující řešení kombinace FPGA a přijímače a rozhraní k výpočetní jednotce. Přijímač v této fázi může být řešen libovolným způsobem, protože v této fázi jde primárně o vyřešení algoritmických problémů. Pro realizaci testovacího přípravku by bylo vhodné využít již existující řešení kombinace FPGA a přijímače a rozhraní k výpočetní jednotce. Přijímač v této fázi může být řešen libovolným způsobem, protože v této fázi jde primárně o vyřešení algoritmických problémů.
  
-Vhodným existujícím přijímačem by v takovém případě byl přímo [[http://www.witchnav.cz/doku.php|WitchNavigator]], který má parametry vyhovující i pro případnou implementaci obsluhy korelátoru výpočetní jednotkou umístěnou v FPGA. Pro přenos dat WitchNavigator používá rozhraní PCI Express, které je svými parametry dostatečné pro implementaci obou přístupů implementace obsluhy korelátorů. +Vhodným existujícím přijímačem by v takovém případě byl přímo [[http://www.witchnav.cz/doku.php|WitchNavigator]], který má parametry vyhovující i pro případnou implementaci obsluhy korelátoru výpočetní jednotkou umístěnou v FPGA. Pro přenos dat WitchNavigator používá rozhraní PCI Express, které je svými parametry dostatečné pro implementaci obou přístupů implementace obsluhy korelátorů, navíc nemá problém s přenosem dat v režimu akvizice. 
  
 Jako nadřazenou výpočetní jednotku by bylo rozumné pro testovací účely použít standardní PC Ix86 platformu s operačním systémem Linux, nebo unix. Důvodem k tomuto postupu je skutečnost, že PC poskytuje aktuálně největší dostupnou výpočetní kapacitu pro signálové výpočty.   Jako nadřazenou výpočetní jednotku by bylo rozumné pro testovací účely použít standardní PC Ix86 platformu s operačním systémem Linux, nebo unix. Důvodem k tomuto postupu je skutečnost, že PC poskytuje aktuálně největší dostupnou výpočetní kapacitu pro signálové výpočty.  
 +
 +Během vývoje softwaru na testovacím přípravku by měla být řešena hardwarová realizace směšování a digitalizace vstupního signálu. 
  
 ==== Realizace funkčního demonstrátoru ==== ==== Realizace funkčního demonstrátoru ====
  
-Rozšířením testovacího přípravku na další navigační systémy a na více kanálů by došlo k realizaci funkčního demonstrátoru zařízení.  Toto rozšíření může být provedeno jednak přidáním redukčních karet pro Witchav do standardního PCIe slotu. A nebo použitím rozhraní Thunderbolt a [[https://secure1.sonnettech.com/product_info.php?cPath=139_140&products_id=483&osCsid=5029180b717416fd01080441c68d0d03|adaptéru pro PCI Express card]].  +Rozšířením testovacího přípravku na další navigační systémy a na více kanálů by došlo k realizaci funkčního demonstrátoru zařízení.  Toto rozšíření může být provedeno jednak přidáním redukčních karet na [[http://en.wikipedia.org/wiki/ExpressCard|ExpressCard]] pro Witchav do standardního PCIe slotu. A nebo použitím rozhraní Thunderbolt a [[https://secure1.sonnettech.com/product_info.php?cPath=139_140&products_id=483&osCsid=5029180b717416fd01080441c68d0d03|adaptéru pro PCI Express card]].  
  
 {{ :cs:fpga:sonnet-echo-thunderbolt-to-expresscard34-adapter-echo-e34.jpg?direct&300 |}}   {{ :cs:fpga:sonnet-echo-thunderbolt-to-expresscard34-adapter-echo-e34.jpg?direct&300 |}}  
Řádek 232: Řádek 229:
  
 Zatím bohužel ale takový ARM MCU není dostupný. Nejvhodnější vývojová deska tohoto typu je zatím ODROID-XU, která sice obsahuje GPU s podporou OpenCL. Avšak nemá PCI Express. Jedinné vysokorychlosní rozhraní je USB 3.0 Zatím bohužel ale takový ARM MCU není dostupný. Nejvhodnější vývojová deska tohoto typu je zatím ODROID-XU, která sice obsahuje GPU s podporou OpenCL. Avšak nemá PCI Express. Jedinné vysokorychlosní rozhraní je USB 3.0
 +
 +===== Úkoly k vyřešení =====
 +
 +  * Dokončení návrhu potřebných modulů
 +  * Výběr vhodné výpočetní jednotky pro realizaci prototypu
 +  * Rozhodnutí o nutnosti, nebo zbytečnosti použití RTOS systému (na základě experimentů s testovacím přípravkem)
 +  * Provedení otestování navrženého řešení
 +
  
 ===== Prezentace ===== ===== Prezentace =====
Řádek 240: Řádek 245:
  
   * [[http://www.nsl.eu.com/primo.html|GNSS SDR Front End and Receiver]]   * [[http://www.nsl.eu.com/primo.html|GNSS SDR Front End and Receiver]]
 +  * https://en.wikipedia.org/wiki/GNSS_software-defined_receiver
   * [[http://gnss-sdr.org/|GNSS-SDR]]   * [[http://gnss-sdr.org/|GNSS-SDR]]
 +  * [[http://orbit.dtu.dk/files/118775559/Software_defined_GPS_receiver_on_the_Parallella16_board_v10.pdf|Software-Defined GPS Receiver Implemented on the Parallella-16 Board]]
   * [[http://www.holmea.demon.co.uk/GPS/Main.htm|Homemade GPS Receiver]]   * [[http://www.holmea.demon.co.uk/GPS/Main.htm|Homemade GPS Receiver]]
-  * [[http://www.witchnav.cz/doku.php|The Witch Navigator]] - projekt open source GNSS přijímače FEL ČVUT. +  * [[http://www.witchnav.cz/doku.php|The Witch Navigator]] - projekt open source GNSS přijímače FEL ČVUT. 
 +  * [[http://www.navipedia.net/index.php/Main_Page|ESA Navipedia]]
cs/gnss.1389015728.txt.gz · Poslední úprava: 2014/01/06 13:42 (upraveno mimo DokuWiki)