Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Računalniške strukture in sistemi

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.07.00  Tehnika  Računalništvo in informatika   

Koda Veda Področje
P170  Naravoslovno-matematične vede  Računalništvo, numerična analiza, sistemi, kontrola 
Ključne besede
informacijske tehnologije, avtomatizacija načrtovanja, računalniške strukture, sistem v čipu, vgrajeni sistemi, testiranje, optimizacijske metode
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (13)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  11983  dr. Anton Biasizzo  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  149 
2.  17040  dr. Uroš Kač  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  35 
3.  22314  dr. Peter Korošec  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  238 
4.  10824  dr. Barbara Koroušić Seljak  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  341 
5.  29530  dr. Uroš Legat  Računalništvo in informatika  Mladi raziskovalec  2008  24 
6.  25621  Marko Mali  Računalništvo in informatika  Mladi raziskovalec  2005 - 2006  23 
7.  05601  dr. Franc Novak  Računalništvo in informatika  Vodja  2004 - 2008  316 
8.  18291  dr. Gregor Papa  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  352 
9.  15671  dr. David Podgorelec  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004  214 
10.  09862  dr. Jurij Šilc  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  359 
11.  28488  dr. Katerina Tashkova  Računalništvo in informatika  Mladi raziskovalec  2007 - 2008  28 
12.  11972  dr. Drago Torkar  Računalništvo in informatika  Raziskovalec  2004 - 2008  91 
13.  26473  mag. Mariusz Jerzy Wegrzyn  Računalništvo in informatika  Mladi raziskovalec  2006 - 2008 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.017 
Povzetek
Nove polprevodniške tehnologije omogočajo izvedbo kompleksnih integriranih vezij sestavljenih iz heterogenih jeder, masivnega pomnilnika, komunikacijskih omrežij, elektro-mehanskih podsklopov in inteligentnih senzorjev, kar zahteva nove multidisciplinarne načrtovalske pristope in poraja nove probleme v načrtovanju in testiranju. Predlagani raziskovalni program se loteva teh problemov, pri tem pa se osredotoča na področja, kjer smo že v preteklosti pridobili ustrezne izkušnje. Osnova vsakega sodobnega kompleksnega vezja je procesorsko jedro, zato je za izvajanje raziskovalnega programa pomembno temeljno znanje s področja procesorskih arhitektur. Poleg spremljanja tega širokega področja se podrobneje ukvarjamo s problemom razvrščanja in dostave ukazov v večnitnih (angl. multithreaded) sistemih. Nadalje obravnavamo problematiko vgrajenih sistemov in to predvsem s stališča dinamičnega prilagajanja delovanja sistema zahtevam realnega časa. Raziskujemo dinamične rekonfiguracije vgrajenih sistemov z ozirom na predvidljivost, zanesljivost in energijsko porabo. Analiziramo ustrezne tehnologije za delo v realnem času (operacijski sistemi v realnem času, programski jeziki, hardverske platforme za eksperimentalne študije in izdelavo prototipov). Pri visokonivojskem načrtovanju integriranih vezij se srečujemo z zahtevnimi kombinatoričnimi problemi, ki vključujejo več soodvisnih parametrov zato je optimizacija tovrstnih struktur pogojena s pregledovanjem ogromne množice rešitev. Tipičen primer je problem sočasnega razvrščanja operacij in dodeljevanja enot pri snovanju strukture vezja, ki realizira ciljni algoritem. Klasični pristopi so nezadovoljivi, zato se lotevamo teh kombinatoričnih optimizacijskih problemov s sodobnimi metahevrističnimi pristopi. Sodobna kompleksna integrirana vezja so realizirana iz v praksi že preizkušenih funkcionalnih sklopov, ki se jih prilagodi glede na potrebe ciljne aplikacije. Načrtovalec sodobnega sistema-v-čipu (angl. System-on-Chip, okrajšano SoC) sestavlja v funkcionalno celoto jedra različnih proizvajalcev. Učinkovito testiranje kompleksnega sistema-v-čipu je eden od ključnih problemov, njegova težavnost v praksi predstavlja izziv tudi za akademski svet (doktorati). Poleg čisto tehniških problemov (problem dostopa do internih točk SoC in z njim povezano mero zmožnosti testiranja, problem izvedbe vgrajenega samodejnega testa, problem integritete signalov visoke frekvence, itd.) obstajajo tudi interdisciplinarni problemi (pravo - zaščita intelektualne lastnine), ki posledično vplivajo na kvaliteto izvedbe testnega postopka. Vse to je vodilo k pripravi standarda IEEE P1500 (Standard for Embedded Core Test), pri katerem sodelujemo kot zunanji recenzenti obenem pa v sodelovanju z Laboratoire d'informatique, de robotique et de microelectronique de Montpellier (LIRMM) raziskujemo možnosti njegove razširitve na mešana analogno/digitalna jedra. Razvijamo tudi nove pristope k funkcionalnemu testiranju in vgrajenemu samodejnemu testu digitalnih sistemov. Ukvarjamo se tudi z novimi pristopi k testiranju mešanih vezij osnovanimi na oscilacijskem testiranju podprtimi s testno infrastrukturo standarda IEEE 1149.4.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave so bile osredotočene v področje avtomatizacije načrtovanja in preizkušanja računalniških struktur in sistemov. Pozornost posvečamo metahevristični optimizaciji pri reševanju problemov inženirskega načrtovanja in logistike. Metahevristični pristop k reševanju kombinatoričnih optimizacijskih problemov je sodobno in hitro rastoče raziskovalno področje. Razlog je predvsem v pomembnosti kombinatoričnih optimizacijskih problemov tako v znanosti kakor tudi v industriji. Naše raziskave so osredotočene predvsem na optimizacijske probleme na področju načrtovanja in logistike, ki so računsko zelo zahtevni, saj imajo velik prostor rešitev in so pogojeni s številnimi zahtevami in omejitvami. Razvili smo učinkovite samoprilagodljive evolucijske algoritme ter optimizacijske algoritme, ki temeljijo na stigmergiji mravelj. Uporabili smo jih za reševanje različnih kombinatoričnih in numeričnih optimizacijskih problemov. Algoritme smo preverili na numeričnih optimizacijskih problemih z omejitvami. Način z uporabo več kolonij mravelj smo uspešno uporabili za optimalno razdelitev mreže, ki se pojavlja v strojništvu, gradbeništvu, avtomobilskem in letalskem inženirstvu. Večnivojski način s stigmergijo mravelj uporabljamo za reševanje diskretnih numeričnih optimizacijskih problemov. Predlagali smo novo prevedbo numeričnega optimizacijskega problema v problem iskanja najcenejše poti. Razvili smo tudi diferencialni način s stigmergijo mravelj, ki je primeren za reševanje diskretnih in zveznih numeričnih optimizacijskih problemov. S pomočjo evolucijskih metod smo reševali naslednje probleme: iskanje najkrajše poti, razdelitve grafa, izdelave uravnoteženih jedilnikov (polnjenja nahrbtnika), razvrščanje operacij in dodeljevanje enot pri avtomatski sintezi integriranih vezij, optimizacija geometrije univerzalnega elektromotorja in načrtovanje strukture generatorja testnih vektorjev. Nekateri raziskovalni rezultati so bili objavljeni tudi v priznani reviji Parallel Computing. Na področju preizkušanja v elektroniki smo raziskovali pogoje za izvedbo oscilacijskega preizkusa bikvadratnih SC filtrskih stopenj. Izpeljali smo povezavo med parametri, ki opisujejo delovanje filtrske stopnje v zveznem časovnem prostoru in in koeficienti diskretne časovne prenosne funkcije ter določili potrebne pogoje za osciliranje preizkušanega vezja. Zasnovali smo rekonfiguracijsko shemo osnovano na transformaciji bikvadratne filtrske stopnje v kvadraturni oscilator in jo preizkusili s simulatorjem Spice. V povezavi z odsekom za elektronsko keramiko smo razvili postopek za diagnosticiranje piezorezistivnih keramičnih senzorjev pritiska osnovanem na modelu končnih elementov. Ukvarjali smo se tudi s problemom varnosti sistemov z vgrajeno infrastrukturo standarda IEEE Std. 1149.1. Zasnovali smo varnostni mehanizem, ki preprečuje nepooblaščenim uporabnikom vstop v sistem preko preizkusnega vodila. Razvili smo postopek funkcionalnega preizkušanja procesorskih jeder, ki je primeren za izvedbe vgrajenega samodejnega preizkušanja. Preizkusno zaporedje ukazov omogoča poljubne situacije, kar ima za posledico možno detekcijo napak, ki se zgodijo le ob določenem zaporedju dogodkov. To dosežemo z uporabo preizkusnega zaporedja ukazov, ki preizkusi funkcionalnost vsakega posameznega ukaza in je sestavljeno tako, da predstavlja podatkovno občutljivo pot, ki jo lahko izvedemo večkrat, vsakič z drugačnim vhodnim vektorjem. Eksperimentalne študije izvedene na procesorskih jedrih PicoBlaze in MicroBlaze proizvajalca Xilinx potrjujejo učinkovitost pristopa. V okviru projekta 6.o.p. ARFLEX smo izvajali raziskovalno/razvojno delo na področju senzorjev vida. Cilj projekta je bil radikalno izboljšanje zasnove industrijskih robotov z uporabo naprednih krmilnih tehnologij. Razvili, preizkusili in integrirali smo vgrajen podsistem za povratnozančno vodenje robota s pomočjo računalniškega vida, ki omogoča natančno sledenje predpisani trajektoriji v trirazsežnem prostoru.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvili smo učinkovite optimizacijske algoritme in jih preverili na različnih praktičnih problemih. V okviru sodelovanja s podjetjem Domel, d. d., iz Železnikov smo minimizirali ceno proizvodnje ohišja elektromotorja z optimizacijo njegove oblike in povečali aerodinamično moč propelerja sesalne enote. V okviru Ciljnega raziskovalnega programa "Znanje za varnost in mir 2006–2010" (CRP MIR) s projektom "Pomen luke Koper v logistični podpori SV in zaveznikov" smo razvili programsko opremo za optimiranje logističnih postopkov prevoza opreme in materiala med skladišči. V okviru Tehnološkega programa "Tehnologija za varnost in mir 2006–2012" (TP MIR) smo sodelovali pri izvedbi projekta "Varna infrastruktura za izvajanje poveljevanja in nadzora" (VIZIPIN), kjer smo optimirali strukturo absorberjev za uporabo v telekomunikacijskih sistemih. Evolucijske metode smo aplicirali tudi na druge problemske domene. Na področju raziskav reoloških lastnosti keramičnih parafinskih suspenzij smo v sodelovanju z AET Tolmin razvili postopek napovedovanja dinamične viskoznosti iz sestavin s pomočjo umetnih nevronskih mrež. Za igralne sisteme blagovne znemke Alfastreet smo razvili enoto za varno shranjevanje podatkov osnovana na feroelektričnih pomnilnikih. Pri tem smo posebno pozornost posvetili varnosti podatkov kot tudi zanesljivosti in razpoložljivosti enote. Večjo razpoložljivost podatkov smo dosegli z uporabo novih tehnologij polprevodniških neizbrisljivih pomnilnikov MRAM ter uporabo ECC tehnike za odpravljanje napak. Modul za odpravljanje napak je prav tako realiziran v strojni opremi. Za potrebe testiranja smo analizirali možnost vgradnje testne infrastrukture IEEE Std 1149.1 in IEEE Std 1500. V eksperimentalni študiji smo ocenili potrebne zmogljivosti za lokalno obdelavo rezultatov testiranja v testni ovojnici po IEEE Std 1500. Posebno pozornost smo posvetili varnostnim aspektom. Sistemi z vgrajenim vodilom IEEE Std 1149.1 so potencialno ranljivi zato smo dodali testni infrastrukturi IEEE Std 1149.1 mehanizem zaklepanja testnega vodila. Na področju načrtovanja prehrane smo v sodelovanju z Odsekom za znanosti o okolju (IJS), Biotehniško fakulteto na Univerzi v Ljubljani, CINDI Slovenija in Slovenskim združenjem za klinično prehrano izvajali sledeče aktivnosti: • Nadgradili smo aplikacijo Optijed z zbirko podatkov o sestavi hrane in pijač ter izvedli indeksiranje živil. Dodali smo tudi modul za načrtovanje optimalne prehrane otrok in mladostnikov ter bolnikov s posebnimi prehranskimi potrebami. • Zaključili smo projekt CRP “Prehrana v izrednih razmerah”, kjer smo s pomočjo spletne aplikacije Optijed analizirali in optimirali prehrano ljudi v izrednih razmerah. • V okviru programa varovanja in krepitve zdravja 2008 “Slovenske prehranske tabele na spletu” smo se vključili v evropsko mrežo odličnosti EuroFIR (European Food Information Resource Network FP6-CT-2005-513944). V okviru aplikativnega projekta “Razvoj spletne aplikacije za razvoj matematičnih kompetenc učiteljev in učencev”, ki je del projekta “Evalvacija vzgoje in izobraževanja v RS”, smo razvili spletno aplikacijo za učenje matematike na daljavo. Pri tem smo uporabili metahevristični optimizacijski algoritem za vodenje uporabnika pri reševanju nalog, kar je kompleksen kombinatorični optimizacijski problem barvanja grafov. V okviru multikonference Informacijska družba smo organizirali tri bienalne mednarodne konference »Bioinspired Optimization Methods and their Applications - BIOMA 2008«. Predstavitve in razprave na konferenci so vključevale genetske algoritme, evolucijske strategije, evolucijsko programiranje, genetsko programiranje, optimizacije s kolonijami mravelj, optimizacije z roji delcev, in podobne metode po vzorih iz narave, ter njihove aplikacije v naravoslovnih, tehničnih in ekonomskih znanostih. Člani naše programske skupine so aktivno sodelovali v programskem odboru in organizaciji konference.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno