Stochastyczne komparatory i ich realizacja w strukturach FPGA

• Autorzy: Kawalec P.

Warianty tytułu

EN

Stochastic comparators and their implementation in FPGA

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono sprzętową realizację komparatorów stochastycznych, porównujących niezależne losowe ciągi binarne. Wykorzystując skokową funkcję Heaviside'a, oraz stochastyczne układy mnożąco - sumujące, opracowano strukturę komparatora. Dla zapewnienia maksymalnej szybkości działania komparatora zastosowano elementy cyfrowe oraz rejestry przesuwające. Przeprowadzono syntezę komparatora w układach FPGA oraz przeprowadzono badanie prototypu, uzyskując wysoką szybkość działania oraz pewność realizacji funkcji skokowej.

EN

The paper presents a principle of operation of stochastic comparators and their role in modeling and controlling transport processes. For hardware stochastic comparators comparing synchronous binary random sequences, the block diagrams have been designed on AND and OR elements (Fig. 1) as well as on NAND elements (Fig. 2) applying the Heaviside step function. There is presented a functional diagram of a specialized stochastic comparator (Fig. 4) with hardware realization of the Heaviside function in which squaring (Fig.3) and stochastic multiply-adder circuits have been applied . In order to ensure the maximum operational speed of the comparator, logical elements and shift registers have been used. Specification of the comparator has been conducted in VHDL language, and its synthesis and implementation - in FPGA circuits. The results of simulation investigations confirmed the correctness of stochastic comparator operation. The step characteristics of comparator switching have been obtained after several strokes of circuit operation.

Słowa kluczowe

PL

przetworniki informacji; funkcja skokowa; ciągi losowe; sprzętowe komparatory; sprzętowe komparatory stochastyczne; układy FPGA

EN

information converters; step function; random sequences; hardware stochastic comparators; FPGA devices

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 55, nr 8
• Strony: 630--632
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wzory

Twórcy

autor

Kawalec P.

• Wydział Transportu, Politechnika Warszawska,

Bibliografia

• [1] von Neumann J.: Probabilistic logic and the synthesis of reliable organisms from unreliable components, in automata studies. Princeton University Press, Princeton, New York, 1956, pp. 43–98.
• [2] Gaines B. R.: Stochastic computing systems. Advances in Information Systems Science, New York, 1969, pp. 37–172.
• [3] Fiodorov R. F., Jakovlev V. V., Dobris G.V.: Stochasticzieskije prieobrazovatieli informacji. Maszinostrojenije, Leningrad, 1978.
• [4] Kawalec P.: Badanie stochastycznych przetworników informacji i ich implementacja w programowalne struktury logiczne FPGA. Sprawozdanie z grantu JM Rektora PW, Wydział Transportu PW, Warszawa, 2001.
• [5] Mansinghka V., Jonas E., Tenenbaum J.: Stochastic digital circuits for probabilistic interference. Report MIT CSAIL-TR-2008-069, Cambridge, 2008.
• [6] US Patent 5412587: Pseudorandom stochastic data processing. US Patent Issued on May 2, 1995.
• [7] Brown B. D., Card H. C. Stochastic neural computation I: Computa-tional elements. IEEE Transactions on computers, vol. 50, No 9, 2001, pp. 891-905.
• [8] Zhang D., Li H., Foo S. Y.: A simplified FPGA implementation of neural network algorithms integrated with stochastic theory for power electronics applications. IEEE-IECON, 2005, pp. 1018–1023.
• [9] Dąbrowa Bajon M.: Podstawy sterowania ruchem kolejowym. Funkcje, wymagania, zarys techniki. wyd. 2 popr., Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2007.
• [10] Kawalec P., Firląg K.: Reliability analysis of specialized traffic control devices. Archives of Transport, Quarterly, Polish Academy of Sciences, volume 19, iss. 1–2, Warsaw 2007, p. 75–82.
• [11] Sapożnikov V. V. (red.): Mietody postrojenija biezopasnych mikroelektronnych sistem żielieznodorożnoj avtomatiki. Transport, Moskwa, 1995.
• [12] Bubnicki Z.: Teoria i algorytmy sterowania. PWN, Warszawa, 2005.
• [13] Bobrowski D.: Probabilistyka w zastosowaniach technicznych. WNT, Warszawa, 1986.
• [14] Zemanian A. H.: Teoria dystrybucji i analiza transformat. PWN, Warszawa, 1969.