Лаборатория ПСПОД провела научно-технический семинар «Разработка электронных систем обработки данных»
Мероприятие было посвящено разработке электронных компонентов в системах сбора и обработки данных и перспективным технологиям проектирования вычислительных систем и систем связи.
Семинар «Разработка электронных систем обработки данных», прошедший 18 апреля в СПбПУ, был организован Лабораторией «Промышленные системы потоковой обработки данных» Передовой инженерной школы СПбПУ «Цифровой инжиниринг» (ПСПОД ПИШ СПбПУ).
На встрече участники семинара смогли обменяться опытом по разработке электронных компонентов в системах сбора и обработки данных в рамках проектов, которые в настоящее время реализуются в Лаборатории ПСПОД, а также представить и обсудить новые и перспективные технологии проектирования вычислительных систем и систем связи.
В мероприятии приняли участие инженеры Лаборатории «Цифровое моделирование индустриальных систем» ПИШ СПбПУ, а также студенты СПбПУ, участвующие в аппаратных разработках лаборатории и заинтересованные в данном направлении проектной и исследовательской деятельности.
Заседание открыл ведущий инженер Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ Антон Дойников с обзором направлений работы Лаборатории ПСПОД и рассказом о текущих и завершенных проектах.
Далее выступил приглашенный спикер — Андрей Антонов из компании Unigraf с докладом, посвященным отраслевым практикам работы с интерфейсом DisplayPort. Андрей рассказал об эволюции развития стандарта, его основных характеристиках, схемах взаимодействия и структурах пакетов и данных, организации устройств приема и передачи.
Младший научный сотрудник Лаборатории ПСПОД Никита Макаревич сделал доклад «Задача обучения эхокомпенсатора в режиме полнодуплексного обмена по двухпроводной линии связи». Эхокомпенсация является неотъемлемой функцией приемопередающего оборудования, подключенного к телефонной линии связи. В связи с этим необходимо обеспечить возможность соединения по двухпроводной линии связи при непрерывном обмене данными с абонентами в режиме, когда передача данных может производиться одновременно с их приемом. Для решения данной задачи спикер предложил алгоритм обучения эхокомпенсатора и рассмотрел особенности его работы и существующие ограничения.
Кроме того, в рамках работы для обучения эхокомпенсатора была создана математическая модель эха для рассматриваемого типа сигнала. Никита поделился дальнейшими планами по разработке математической модели эхокомпенсатора, который будет способен обучаться на сгенерированных данных в режиме полнодуплексной связи, а также обеспечить его аппаратную реализацию на базе ПЛИС.
Дмитрий Рябиков, инженер Лаборатории ПСПОД, рассказал о применении протокола IPbus 2.0 в разработке электронных систем. Он представил свое исследование новой версии IPbus – набора программного и микропрограммного обеспечения, который реализует надежный высокопроизводительный канал управления для электроники физики частиц. Дмитрий представил описание архитектуры системы IPbus, рассказал о последних разработках по повышению надежности, масштабируемости и производительности этих систем, а также продемонстрировал результаты тестирования протокола на базе центра интеграции электроники CMS в ЦЕРН.
Даниил Пешков, инженер Лаборатории ПСПОД, поделился опытом реинжиниринга контроллера TCS для SPD DAQ (Spin Physics Detector Data Acquisition System), системы хранения данных SPD-детектора адронного коллайдера NICA, строящегося сейчас в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне (Россия).
Доклад был посвящен реализации модуля синхронизации сбора данных в экспериментах физики частиц для коллайдера NICA. Модуль реализует управление по интерфейсу IPbus и обеспечивает работу внутренних и внешних генераторов сигналов триггеров.
TCS контроллер был разработан в 2000-х годах в Техническом университете Мюнхена для эксперимента COMPASS в CERN (Швейцария). Схожесть стека технологий позволила ученым Дубны использовать подобный модуль для задач проекта NICA. Подсистема TCS была пересобрана инженерами ПСПОД на современной элементной базе и модифицирована для эксперимента SPD в 2021 – 2023 годах. Она предназначается для испытаний отдельных детекторов установки SPD в тестовой зоне коллайдера, которые ведутся одновременно с «большим» строительством.
Сейчас модуль TCS отправлен в ОИЯИ на тестирование, которое планируется завершить в июне 2023. Гибкая, масштабируемая и универсальная платформа TCS будет использоваться для испытаний компонентов SPD, в частности дрейфовых детекторов, в тестовой зоне.
Техник Никита Якубец выступил с докладом о составном USB-устройстве с интерфейсом шины Wishbone на базе ПЛИС Gowin. Он отметил, что, поскольку на сегодняшний день USB является самым популярным интерфейсом для подключения любых внешних устройств к персональным компьютерам, организация работы интерфейса USB в устройствах на базе ПЛИС является важной задачей. В качестве одного из решений Никита представил разработанное составное USB устройство с интерфейсом шины Wishbone на базе ПЛИС Gowin, которое успешно выполняет задачи терминального взаимодействия и передачи больших объемов данных между устройством и персональным компьютером.
Техник Михаил Шомов в своем выступлении затронул вопрос влияния одиночных сбоев на ступени управляющего конвейера NOEL-V. Докладчик подчеркнул важность задачи защиты на уровне структурно-поведенческого описания от сбоев комплексного устройства, такого как процессорное ядро. Для решения данной задачи Михаил разработал и продемонстрировал план эксперимента по внесению сбоев в управляющий конвейер с помощью средств системы моделирования, а также провел анализ влияния одиночных сбоев и предложил методы защиты от них.
Следующий докладчик, техник Данил Черепков, рассмотрел задачу идентификации конечных автоматов и ее последующего сведения к задаче выполнимости булевых формул (SAT). В контексте задачи конечный автомат представляет поведение некоторого дискретного устройства, которое должно быть определенным образом восстановлено. Поскольку задача идентификации конечных автоматов является NP-полной, ее можно свести к SAT-задаче, для которой существует достаточно много методов решения, что позволит решать задачу идентификации конечных автоматов более эффективно. Данил рассказывает и об основных сложностях метода – например, выбор SAT-решателя и необходимость правильного подбора условий для приведения трассы в его набор.
Студент 4 курса Института среднего профессионального образования СПбПУ, стажер Лаборатории ПСПОД Вагиф Эфендиев рассказал о разработке программно-аппаратного робототехнического комплекса для поиска утечки опасных газов и его тестировании. Эта интерактивная демонстрационная модель была сконструирована как учебное пособие для финальных состязаний школьного трека Национальной технологической олимпиады по направлению «Передовые производственные технологии». Робототехнический комплекс обладает высокой точностью и эффективностью в поиске утечек газов и предотвращении опасных ситуаций, угрожающих жизни и здоровью людей. Он также может быть использован в образовательных целях для обучения студентов в сфере робототехники.
В продолжение темы робототехники инженер Эдуард Джужуев рассказал о разработке физической модели Сверхкомпактного Автономного Робота-Автомобиля (СКАРА). Модель создана в качестве учебно-демонстрационной платформы для обучения технологиям создания интеллектуальных систем беспилотного транспорта и достаточно проста для понимания и освоения начинающими робототехниками. Программно-аппаратный комплекс СКАРА способен строить карты местности, выполнять поиск кратчайшего пути до заданной точки, объезжать статические и динамические препятствия, автономно генерировать наиболее выгодные целевые точки.
По результатам заседания опубликован сборник тезисов докладов участников под редакцией кандидата технических наук, старшего научного сотрудника Лаборатории ПСПОД, доцента Высшей школы интеллектуальных систем и суперкомпьютерных технологий ИКНТ СПбПУ Ольги Вячеславовны Мамутовой.
Первый семинар по обмену опытом для специалистов по разработке аппаратных средств вычислительной техники и систем управления в Лаборатории ПСПОД был проведен в 2022 году и, по общей оценке участников, был очень полезным, поэтому это мероприятие было решено проводить ежегодно.
