Mikrokomputer Raspberry Pi jako sterownik systemu pomiarowego

• Autorzy: Michalak S.

Warianty tytułu

EN

Raspberry Pi as a measurement system control unit

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono system pomiarowy, w którym nadrzędną rolę sprawuje mały, cieszący się coraz większą popularnością, mikrokomputer edukacyjny Raspberry Pi. System zaprojektowany został do wizualizacji rozkładu temperatury wewnątrz struktury układu reprogramowalnego FPGA, na podstawie dokonanych pomiarów częstotliwości oscylatorów pierścieniowych zaimplementowanych wewnątrz układu. Sterowanie procesem pomiarowym, akwizycja danych i prezentacja wyników nadzorowana jest przez mikrokomputer Raspberry Pi.

EN

In this paper the system based on Raspberry Pi, a popular educational microcomputer [1] is described. In this system, a programmable FPGA Spartan-3 XC3S200 [5] device was tested. The Raspberry Pi worked as a control unit for the whole system (Fig. 1). A part of the system was implemented inside the tested structure (Fig. 2). It was an array of ring oscillators (Fig. 3), as temperature sensors, with a structure for controlling the ring oscillators. Simple ring oscillators are often implemented in FPGA devices. They are used both as a single element or an array of sensors for measuring the chip temperature [2, 3, 4]. The frequency of the activated sensor was measured outside by an oscilloscope (SCPI command was used). The frequency was dependent on temperature. The sensors can be located in different areas of a chip [6, 7]. In case of the tested device 36 sensors were used, but generally it depends on a tested device [8, 9]. The Raspberry Pi controlled the measurement process via an SPI serial interface. The results were collected from the oscilloscope via a UART/RS232 serial interface. The relation between frequency and temperature (Fig. 4) as well as 2D visualizations (Fig. 5) were made using Gnuplot and Scilab. The results should visualize the temperature distribution inside the device, but first right calibration of sensors should be made. The location of elements inside the FPGA sensor is of great significance [10], so in the case of an array of sensors, each ring oscillator should be analyzed and calibrated independently.

Słowa kluczowe

PL

Raspberry Pi; oscylator pierścieniowy; FPGA

EN

Raspberry Pi; ring oscillator; FPGA

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 8
• Strony: 649--651
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Michalak S.

• Politechnika Poznańska, Wydział Elektroniki i Komunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań

Bibliografia

• [1] Upton E., Halfacree G.: Meet the Raspberry Pi. Wiley, 2012.
• [2] Michalak S.: Badanie właściwości oscylatora pierścieniowego w temperaturze 77K. XV Konferencja Naukowa Reprogramowalne Układy Cyfrowe – RUC 2012, Szczecin, Pomiary Automatyka Kontrola, vol. 58, nr 7, s. 681-683, 2012.
• [3] Lopez-Buedo S., Garrido J., Boemo E.: Thermal testing on programmable logic devices., Proceedings of the ISCAS'98 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, vol. 2, pp. 240-243, 1998.
• [4] Franco J.J.L., Boemo E., Castillo E., Parrilla L.: Ring oscillators as thermal sensors in FPGAs: Experiments in low voltage. In Programmable Logic Conference (SPL 2010), Southern, pp. 133-137, 2010.
• [5] Spartan-3 Generation FPGA User Guide, UG331 (v1.8) June 13, 2011, www.xilinx.com
• [6] Memik S.,O., Mukherjee R., Ni M., Long J.: Optimizing thermal sensor allocation for microprocessors, IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 27, no. 3, pp. 516-527, 2008.
• [7] Mukherjee R., Mondal S., Memik S.O.: Thermal sensor allocation and placement for reconfigurable system. Proceedings of the 2006 IEEE/ACM international conference on Computer-aided design, pp. 437-442, 2006.
• [8] Happe M., Agne A., Plessl C.: Measuring and predicting temperature distributions on FPGAs at run-time. International Conference on Reconfigurable Computing and FPGAs (ReConFig), pp. 55-60, 2011.
• [9] Antola A., Piuri V., Sami M.: On-line diagnosis and reconfiguration of FPGA systems. Proceedings of The First IEEE International Workshop on Electronic Design, Test and Applications, pp. 291-296, 2002.
• [10] Kwiatkowski P., Szymanowski R., Szplet R.: Identyfikacja parametrów dynamicznych linii szybkich przeniesień oraz globalnych linii zegarowych w układach programowalnych Spartan-6, Pomiary Automatyka Kontrola, vol. 59, nr 8, s.757-759, 2013.