Prezentacja Katedry Systemów Cyfrowych (KSC)

 

Katedra Katedra Systemów Cyfrowych aktualnie liczy 16 pracowników.

Kierownikiem KSC jest prof. dr hab. inż. Dariusz Kania.

 

Obszar zagadnień naukowo-badawczych Katedry:

 

  • Programowalne systemy sterowania, ze szczególnym uwzględnieniem konstrukcji wielordzeniowych jednostek centralnych sterowników programowalnych oraz odwzorowania algorytmów sterowania w sprzęcie (FPGA). W obszarze konstrukcji wielordzeniowych jednostek centralnych, prowadzone są prace nad współbieżną pracą procesorów bitowo-bajtowych, generacją strumienia instrukcji programu sterowania opisanego zgodnie z normą IEC 61131-3, dekompozycją programu sterowania dla wielordzeniowych i zdarzeniowych jednostek sterujących, sprzętowym wspomaganiem obliczeń, sprzętowo wspomaganą zdarzeniową realizacją programu oraz rozproszonymi systemami sterowania. W zakresie odwzorowania sprzętowego programów sterowania prace koncentrują się na: algorytmicznym tworzeniu struktury sprzętowej realizującej program sterowania opisany zgodnie z normą IEC 61131-3, metodach reprezentacji pośredniej programu sterowania i jego optymalizacji dla potrzeb odwzorowania technologicznego w strukturach FPGA, syntezie logicznej wysokiego poziomu, ze szczególnym uwzględnieniem tworzenia harmonogramu operacji oraz dekompozycji programu sterowania dla systemu rozproszonego.

  • Komputerowo wspomagana, automatyczna synteza układów cyfrowych ze szczególnym uwzględnieniem problemów efektywnego odwzorowania projektowanych układów w strukturach programowalnych (CPLD, FPGA) z wykorzystaniem języków opisu sprzętu. Obiektem zainteresowań są zarówno układy kombinacyjne, jak i automaty sekwencyjne: synchroniczne i asynchroniczne. Główne prace naukowo-badawcze prowadzone w obszarze syntezy logicznej obejmują: problemy dekompozycji, sposoby efektywnego opisu układów cyfrowych w językach opisu sprzętu (Verilog, VHDL), sposoby reprezentacji funkcji logicznych (BDD, grafy wyjść), zagadnienia odwzorowania technologicznego (ang. technology mapping), optymalizację układów (minimalizacja powierzchni, maksymalizacja częstotliwości pracy, minimalizacja poboru mocy) oraz problemy realizacji układów w postaci struktury GALS (Globally Asynchronous Locally Synchronous).

  • Cyfrowe metody zwielokrotniania częstotliwości i liczby impulsów, funkcje prostokątne i ich zastosowania w syntezie logicznej, metody syntezy logicznej w dziedzinie spektralnej Walsha, Reeda-Mullera i Haara, formy arytmetyczne funkcji logicznych – zastosowanie wielomianów arytmetycznych do reprezentacji funkcji logicznych, boolowski rachunek różniczkowy w technice cyfrowej.

  • Testowanie i diagnostyka systemów cyfrowych: testowanie i diagnostyka połączeń w systemach cyfrowych, struktury wbudowanego samotestowania i testowania współbieżnego, generatory sekwencji testowych oraz analizatory odpowiedzi testowych, projektowanie specyficznych rejestrów liniowych, projektowanie ułatwiające testowanie, projektowanie systemów cyfrowych zgodnych ze standardami IEEE 1149 oraz IEEE 1500.

  • Projektowanie ASIC: metodologia projektowania na wysokim poziomie abstrakcji, modelowanie i symulacja systemów z użyciem języków VHDL i Verilog, projektowanie modułów IP-core, metodologia projektowania rozproszonego opartego o Internet, wirtualne organizacje.

  • Systemy wieloprocesorowe: systemy ze wspólną pamięcią, analiza wydajności takich systemów z wykorzystaniem teorii kolejek, konstrukcja różnych układów arbitrażu i ich wpływ na wydajność systemów wieloprocesorowych.

  • Projektowanie systemów wnioskowania przybliżonego: optymalizacja architektury systemów regułowych i relacyjnych, programowa i sprzętowa implementacja systemów w układach programowalnych oraz systemach wbudowanych, projektowanie dedykowanych sterowników programowalnych wykorzystujących logikę rozmytą, aplikacje systemów wnioskowania przybliżonego.

  • Systemy cybernetyczno-fizyczne a w szczególności systemy cybernetyczno fizyczne w medycynie, telemedycyna.

  • Wektorowe układy sterowania silnikami z magnesami trwałymi PMSM. Wyznaczanie charakterystyk mechanicznych silników. Wykorzystanie procesorów sygnałowych DSP do obliczeń wektorowych. Pomiar mocy i sprawności zarówno samych silników jak i całych układów napędowych.

 

 

Division (Chair) of Digital Systems

 

Currently the Division of Digital Systems counts 16 persons. The Division is headed by Prof. Dariusz Kania, DSc., PhD., Eng.

 

Scope of research and scientific studies:

 

Synthesis and technology mapping of digital systems onto programmable structures.
Microprocessor systems, Programmable Logic Controllers (PLC) and hardware implementation of control algorithms

  • Programmable control systems, with particular consideration of engineering developments dedicated to multi-core central processing units (CPUs) for programmable logic controllers (PLCs) and hardware (FPGA) mapping of control algorithms. Current efforts in the field of multi-core CPU engineering are focused on concurrent operation of combined processors with separate bit and byte processing units, generation of streams with instructions of control routines developed in line with the IEC 61131-3 standard, decomposition of control software for multi-core and event-triggered control units, hardware aided computations, hardware support to event-triggered execution of control routines and field-distributed control systems. The topics associated with hardware mapping of control routines include development of algorithms for engineering of hardware structures capable of executing control routines in line with stipulations of the IEC 61131-3 standard, methods for intermediate representation of control routines and optimization of such representations for the needs of technological mapping in FPGA structures, high level logic synthesis, where particular attention is paid to development of timings for sequences of operations as well as decomposition of control algorithms for field distributed systems.

Sophisticated techniques for engineering of digital systems

  • Computer aided, automatic synthesis of digital circuits with particular consideration to issues related to efficient mapping of newly designed circuits onto programmable structures (CPLDs, FPGAs). The scope of interest include both combinational and sequential circuits (finite-state machines), either asynchronous or synchronous ones. Key research and scientific studies that are carried out in the field of the logic synthesis include issues related to decomposition of Boolean functions, methods aimed at efficient description of digital circuits in hardware description languages (Verilog, VHDL), graphic imaging of Boolean functions (binary decision diagrams – BDD and graphs of outputs), topics of technology mapping, project optimization (surface minimization, maximization of operation frequency, minimization of power consumption) and implementation of digital circuits into GALS (Globally Asynchronous Locally Synchronous) structures.

  • Multi-processor systems with common memory units, performance analysis for such systems with application of the theory of queues, engineering of various arbitration systems and effect of specific arbitration systems onto overall performance of entire systems.

  • Digital methods for multiplication of frequency and number of pulses, rectangular functions and application thereof to logic synthesis, methods on logic synthesis in the spectral domain with the use of Haar, Reed-Muller and Walsh transforms, arithmetic forms of Boolean functions – application of arithmetical polynomials to notation of Boolean functions and Boolean differential calculus to digital techniques.

Testing and troubleshooting of digital systems

  • Development of tests dedicated to detection and localization of faults in interconnections within digital systems. Structures of embedded self-testing and concurrent testing, generators of test sequences and analyzer of responses to test vectors, design of specific Linear Feedback Shift Registers (LFSR), design for testability (DFT), design of digital systems in conformity to IEEE 1149 and IEEE1150 standards.

  • Design of Application Specific Integrated Circuits (ASIC): methods of design at high level of abstraction, modelling and simulation of systems with the use of VHDL and Verilog languages, engineering of IP-core modules, methodology of network-based dispersed engineering, virtual organizations.

  • Multi-processor systems with common memory units, performance analysis for such systems with application of the theory of queues, engineering of various arbitration systems and effect of specific arbitration systems onto overall performance of entire systems.

Application of fuzzy logic and approximate inferring into digital systems

  • Design of systems for approximate inferring: optimization of architectures for rule-based and relation-based systems, software and hardware implementation of such systems in programmable structures and embedded systems, engineering of dedicated programmable controllers with implementation of the fuzzy logic approach, practical application of systems based on approximate inferring.

Cyber-physical system

  • Systems designed for medical applications, e.g. telemedicine, stabilographic measurements..

  • Metrology of exposition to microbes conveyed by airborne aerosols.

Industrial applications

  • Vector-based control systems for permanent magnet synchronous motors (PMSM). Determination of mechanical characteristics for such motors. Implementation of digital signal processors (DSP) to vector-based computations. Measurement of power and efficiency for motors themselves and entire driving systems.

  • Issues related to investigation of gaseous mixtures with the use of detectors sensitive to surface acoustic waves (SAW).
    Practical applications

  • Application of IT methods to acoustic engineering and analyses of musical compositions.