Tietokonetekniikka - Tampereen teknillinen yliopisto

Tietokonetekniikan tutkimus

Tietokonetekniikan tutkimuksessa keskitytään seuraaviin alueisiin:

  • Sulautetut järjestelmät ja järjestelmäsuunnittelu
  • Paikannus ja navigointi
  • Räätälöity rinnakkaislaskenta
  • Ohjelmistoradio
  • Videokoodaus
  • Langattomat sensoriverkot

 

Sulautetut järjestelmät ja järjestelmäsuunnittelu

Tutkimus kattaa automaattiset suunnittelumenetelmät, prototyyppityökalut, sulautettujen prosessorien arkkitehtuurit, sovelluskohtaiset kiihdyttimet, kytkentäverkot (Network-on-Chip) sekä väliohjelmistot monitorointiin ja alustan kontrollointiin. Tutkimus painottaa rinnakkaista laskentaa ja nykyisten käyttöjärjestelmien laajennusta moniydinalustoille. Alustojen prototyyppeinä käytetään FPGA-piirejä.

Suunnitteluautomaation pyrkimyksenä on tehostaa elektroniikkalaitteiden kehitystä ja suorituskykyä. Keskeisellä sijalla ovat suunnitteluvaihtoehtojen vertailu, mallipohjaiset suunnittelumenetelmät, vaatimusten hallinta ja nopea iterointi esim. FPGA:lla. Tällä hetkellä tutkimusryhmä keskittyy IP-kirjaston hallintaan, IP-XACT- ja MCAPI-standardien hyödyntämiseen suunnittelussa. Kactus2 on avoimen lähdekoodin IP-XACT työkalu, joka laajentaa standardin myös ohjelmistokomponenttien ja HW/SW-yhteissuunnittelun suuntaan. Työkalut ja menetelmät ovat myös käytössä opetuksessa. Toinen avoimen lähdekoodin työkalu on Woke, joka on tarkoitettu suunnitteluprosessin kuvaamiseen. Aiemmin tutkimusryhmä on mm. kehittänyt kautta aikain ensimmäisen UML 2.0 -pohjaisen MP-SoC-piirien (multiprocessor System-on-Chip) suunnitteluvuon, joka käsitti kaikki vaiheet vaatimusmäärittelystä toimivaan prototyyppiin. Tutkimusryhmän sivu http://funbase.cs.tut.fi/

Vanha suunnittelutapa (vas.) ja oikea tapa (oik.).

 

Paikannus ja navigointi

Tutkimusryhmä keskittyy halpojen MEMS-antureiden hyödyntämiseen paikannus- ja navigointimenetelmissä esim. työkoneissa tai älykännyköissä. Anturitiedolla voimme parantaa satelliitteihin tai WLAN-verkkoihin perustuvan paikannuksen tarkkuutta tai mahdollistaa paikannus vkatvealueilla. Lisäksi tutkimusryhmä on kehittänyt uusia tapoja käyttää GPS- ja anturidataa kontekstitietoisissa sovelluksissa, mahdollistaen esimerkiksi matkapuhelimien käytön liikennetiedon tuottajina. Katso esimerkiksi videodemonstraatio moottoripyörän ja kuskin asennontunnistuksesta. Tutkimusryhmän sivu http://www.tkt.cs.tut.fi/research/nappo/index.htm

Esimerkiksi sisätilapaikannus tarkentuu huomattavasti, kun PDR:ään (pedestrian dead reckoning, vihreä viiva) lisätään sopiva suodatus (PF, particle filter, sininen viiva)

 

Räätälöity rinnakkaislaskenta

Tutkimus kohdistuu räätälöitäviin laitteistoalustoihin sekä niitä tukeviin suunnittelutyökaluihin. Suunnittelumenetelmien tutkimus keskittyy erityisesti kääntäjiin, räätälöityjen (soft core) moniprosessoreiden nopeaan tuottamiseen ja alhaisen tehonkulutuksen arkkitehtuureihin. Käytetty TTA-prosessori ja LLVM:ää käyttävä kääntäjä saavuttavat erinomaisen suorituskyvyn, mutta säilyttävät laitteen ohjelmoitavuuden. Prosessorin suunnitteluun ja räätälöintiä tukeva uudelleen kohdennettava kääntäjä ja VHDL-generaattori on julkaistu avoimena lähdekoodina: http://tce.cs.tut.fi

TTA:n työkalusetti tarjoaa monipuoliset välineet kehitystyöhön, esim. simulaattoreita sekä laitteistotasolla (vas.) että käskytasolla (oik.).

 

Ohjelmistoradio

Ohjelmistoradion kehittämisen perustana ovat moniydin-, TTA- ja dynaamisesti muunneltavat alustat. Keskeisellä sijalla on vastaanottimen kantataajuus-algoritmien tehokas osittelu ohjelmoitaville ja uudelleen konfiguroitaville suoritusyksiköille sekä kontekstin vaihtoon kuluvan ajan minimoiminen ja kognitiivisen radion protokollat.

Videokoodaus

Rinnakkaisia toteutuksia (HW + SW) videon pakkaukseen on tehty yli kymmenelle erilaiselle alustalle käyttäen standardeja H.263/4, MPEG-4/AVC, HEVC. Pullonkaula video- ja kuvasovelluksissa on usein muistin käyttö, joita helpottavat laitoksella kehitetyt rinnakkaismuistiratkaisut. Muistin käyttöä parantavat myös räätälöidyt muistinvarausalgoritmit. Uusimpana tutkimuskohteena on HEVC -enkoodaus, josta on julkaistu avoimen lähdekoodin versio Kvazaar sekä testipenkkikirjasto videosekvenssejä useissa eri formaateissa 4K resoluutiolla. Tutkimusryhmän sivu http://ultravideo.cs.tut.fi/

Testivideoita on saatavilla useissa formaateissa (1080p/4K, 8b/10b, AVC/HEVC, YUV jne.)

 

Langattomat sensoriverkot

Energiapihit protokollat ja alustat sekä sulautetun ohjelmiston kehitys painottuvat langattomien sensoriverkkojen tutkimuksessa. Prototyyppitoteutuksia on lukuisia. Suorituskyky ja luotettavuus on todennettu laajoilla pilottiasennuksilla (kymmeniä tai jopa satoja laitteita). Tiedon talletus ja käsittely on automatisoitu ja toteutettu palvelinkoneilla. Näin saadaan kätevästi toteutettua mittaus-, hallinta- ja paikannussovelluksia.

Langattoman sensoriverkon periaatekuva: sensorinodet, verkko, sovelluspalvelin ja käyttöliittymät.

 

Yhteyshenkilöt:

Professori Timo Hämäläinen

järjestelmäsuunnittelu ja videokoodaus

Professori Jarmo Takala

järjestelmäsuunnittelu, räätälöity rinnakkaislaskenta, ohjelmistoradio ja sulautetut järjestelmät

Yliopistotutkija Jussi Collin

paikannus, inertia-anturit ja tilastollinen signaalinkäsittely

Tutkijatohtori Pekka Jääskeläinen

räätälöity rinnakkaislaskenta, ja ohjelmistoradio

Tutkijatohtori Jarno Vanne

videokoodaus

Tutkijatohtori Teemu Laukkarinen

järjestelmäsuunnittelu ja langattomat sensoriverkot

Päivittäjä: Jari Salo, 17.09.2015 14:48.
Asiasanat: tiede ja tutkimus, tietoa tty:stä