2019
Browse
Recent Submissions
- ItemNový přístup k polymorfismu číslicových obvodů na úrovni hradel(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií, ) Nevoral, Jan; Růžička, Richard; Plíva, Zdeněk; Stopjaková,, VieraPřed necelými dvaceti lety byl představen nekonvenční přístup k implementaci multifunkčních obvodů, tzv. polymorfní elektronika. Polymorfní elektronika umožňuje implementovat jedním obvodem dvě nebo více funkcí, přičemž aktuálně funkce závisí na stavu okolního prostředí obvodu. Klíčovými komponentami takových obvodů jsou polymorfní hradla. Od představení konceptu polymorfní elektroniky bylo publikováno několik desítek polymorfních hradel. Parametry většiny z nich však neumožňují jejich využití v reálných aplikacích. Bez dostatečného množství polymorfních hradel s dobrými parametry však nejspíše zůstane v aplikacích založených na multifunkčním chování nebo rekonfiguraci konvenční elektronika preferována před tou polymorfní. Tato disertační práce představuje nový přístup k polymorfní elektronice. Je založen na hradlech, jejichž funkce závisí na polaritě napájecích přívodů. Cílem této disertační práce je ukázat, že takový přístup umožňuje navrhnout hradla s výrazně lepšími parametry. Aby bylo možné systematicky navrhovat na úrovni tranzistorů takováto hradla, byla navržena evoluční metoda založená na kartézském genetickém programování (CGP). To umožnilo navrhnout několik sad efektivních polymorfních hradel založených jak na konvenčních MOSFET tranzistorech, tak na double-gate ambipolárních tranzistorech. Z těchto sad hradel byla vytvořena knihovna, která je v současné době volně dostupná pro ostatní vědce. Dále byla v této práci navržena řada složitějších obvodů založená na navržených hradlech. Na různých úrovních návrhu obvodů (hradla, RTL, cílová aplikace) je pak ukázáno, že navrhovaný polymorfismus na úrovni hradel představuje velké výhody v porovnání s předchozí generací polymorfních hradel, ale může být také konkurenceschopný nebo výrazně lepší než konvenční řešení takovýchto obvodů.
- ItemGeneric Decentralized Self-Adaptive Context-Aware Architecture Model(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií, ) Kazzaz, M. Mohanned; Zendulka, Jaroslav; Zimmerová, Barbora; Vranić,, ValentinoVývoj v informačním systému neustále zvyšuje nároky na účinnou, efektivní a adaptivní spolupráci mezi komponenty systému, aby se vyrovnal se změnami v systému a zaručil tak nejlepší výkon. K dosažení těchto požadavků byly zavedeny dva hlavní přístupy. Přístup k adaptaci umožňuje informačnímu systému přizpůsobit se změnám v kontextu informací systému a jeho okolního prostředí na základě adaptační strategie. Přístup ke zvyšování informovanosti zase napomáhá sledovat informace o kontextu a rozpoznat změny, které mohou proces adaptace vyvolat. V této práci představujeme obecný kontextově orientovaný model vlastní adaptivní architektury pro podporu softwarového systému s adaptačními funkcemi, které zaručují dostupnost systému, provozní podmínky a výkon. Navíc poskytujeme dvě případové studie v reálném životě jako důkaz konceptu použitelnosti našeho navrhovaného adaptačního přístupu.
- ItemEvoluční návrh a optimalizace komponent používaných ve vysokorychlostních počítačových sítích(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií, ) Grochol, David; Sekanina, Lukáš; Sekaj, Ivan; Jašek, RomanVýzkum prezentovaný v této práci je zaměřen na evoluční optimalizaci vybraných komponent síťových aplikací určených pro monitorovací systémy vysokorychlostních sítí. Práce začíná studiem současných monitorovacích systémů. Jako experimentální platforma byl zvolen systém SDM (Software Defined Monitoring). Detailně bylo analyzováno zpracování síťového provozu, protože tvoří důležitou součást všech monitorovacích systémů. Jako demonstrační komponenty pro aplikaci optimálních technik navržených v této práci byly zvoleny klasifikátor aplikačních protokolů a hashovací funkce pro síťové toky. Evoluční algoritmy byly zkoumány s ohledem nejen na optimalizaci kvality zpracování dat danou síťovou komponentou, ale i na čas potřebný pro výpočet dané komponenty. Byly zkoumány jednokriteriální i vícekriteriální varianty evolučních algoritmů. Byl navržen nový přístup ke klasifikaci aplikačních protokolů. Přesná i aproximativní verze klasifikátoru byla optimalizována pomocí CGP (Kartézské Genetické Programování). Bylo dosaženo výrazné redukce zdrojů a zpoždění v FPGA (Programovatelné Logické Pole) oproti neoptimalizované verzi. Speciální síťové hashovací funkce byly navrženy pomocí paralelní verze LGP (Lineární Genetické Programování). Tyto hashovací funkce vykazují lepší funkcionalitu oproti moderním hashovacím funkcím. S využitím vícekriteriální optimalizace byly vylepšeny výsledky původní jednokriteriální verze LGP. Paralelní zřetězené verze hashovacích funkcí byly implementovány v FPGA a vyhodnoceny za účelem hashování síťových toků. Nová rekonfigurovatelná hashovací funkce byla navržena jako kombinace vybraných hashovacích funkcí. Velmi konkurenceschopná obecná hashovací funkce byla rovněž navržena pomocí multikriteriální verze LGP a její funkčnosti byla ověřena na reálných datových sadách v provedených studiích. Vícekriteriální přístup produkuje mírně lepší řešení než jednokriteriální LGP. Také se potvrdilo, že obecné implementace LGP a CGP jsou použitelné pro automatizovaný návrh a optimalizaci vybraných síťových komponent. Je však důležité zvládnout vícekriteriální povahu problému a urychlit časově kritické operace GP
- ItemAutomatická verifikace v procesu soubežného návrhu hardware a software(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií, ) Charvát, Lukáš; Vojnar, Tomáš; Kubátová, Hana; Řehák, VojtěchPředmětem dizertační práce je návrh nových technik pro verifikaci hardwaru, které jsou optimalizovány pro použití v procesu souběžného vývoje hardwaru a softwaru. V rámci tohoto typu vývoje je hardware spolu se software vyvíjen paralelně s cílem urychlit vývoj nových systémů. Současné nástroje pro tvorbu mikroprocesorů stavějící na tomto stylu vývoje obvykle umožňují vývojářům ověřit jejich návrh využitím různých simulačních technik a/nebo za pomoci tzv. funkční verifikace. Společnou nevýhodou těchto přístupů je, že se zaměřují pouze na hledání chyb. Výsledný produkt tedy může stále obsahovat nenalezené netriviální defekty. Z tohoto důvodu se v posledních letech stává stále více žádané nasazení formálních metod. Na rozdíl od výše uvedených přístupů založených na hledání chyb, se formální verifikace zaměřuje na dodání rigorózního důkazu, že daný systém skutečně splňuje požadované vlastnosti. I když bylo v uplynulých letech v této oblasti dosaženo značného pokroku, tak aktuální formální přístupy nemají zdaleka schopnost plně automaticky prověřit všechny relevantní vlastnosti verifikovaného návrhu bez výrazného a často nákladného zapojení lidí v rámci verifikačního procesu. Tato práce se snaží řešit problém s automatizací verifikačního procesu jejím zaměřením na verifikační techniky, ve kterých je záměrně kladen menší důraz na jejich přesnost a obecnost, za cenu dosažení plné automatizace (např. vyloučením potřeby ručně vytvářet modely prostředí). Dále se práce také zaměřuje na efektivitu navrhovaných technik a jejich schopnost poskytovat nepřetržitou zpětnou vazbu o verifikačním procesu (např. v podobě podání informace o aktuálním stavu pokrytí). Zvláštní pozornost je pak věnována vývoji formálních metod ověřujících ekvivalenci návrhů mikroprocesorů na různých úrovních abstrakce. Tyto návrhy se mohou lišit ve způsobu, jakým jsou vnitřně zpracovány programové instrukce, nicméně z vnějšího pohledu (daného např. obsahem registrů viditelných z pozice programátora) musí být jejich chování při provádění stejného vstupního programu shodné. Kromě těchto témat se práce také zabývá problematikou návrhu metod pro verifikaci správnosti mechanismů zabraňujících výskytu datových a řídících hazardů v rámci linky zřetězeného zpracování instrukcí. Veškeré metody popsané v této práci byly implementovány ve formě několika nástrojů. Aplikací těchto nástrojů pro verifikaci návrhů netriviálních procesorů bylo dosaženo slibných experimentálních výsledků.
- ItemInterakce člověka s robotem: pokročilá úkolově orientovaná rozhraní pro neodborné uživatele(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií, ) Materna, Zdeněk; Smrž, Pavel; Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.tech Markus Vincze; Míkovec, ZdeněkPoslední roky přinesly rostoucí trend nasazení robotů v nových aplikacích, kde se od nich očekává nejen práce vedle lidí, ale skutečná spolupráce na společných komplexních úlohách. K umožnění blízké, bohaté a přirozené interakce člověka s robotem, bude nutné podstatně rozšířit schopnosti současných robotických systémů. Dále již nebude docházet k interakci jen mezi roboty v bezpečnostních klecích a experty na jejich programování. Stále častěji budou interagovat s~bezpečnými spolupracujícími roboty uživatelé bez odborných znalostí z oblasti robotiky, s různorodým vzděláním a zkušenostmi. Úžasně složitá zařízení, kterými dnešní roboti jsou, se tak stanou ještě složitějšími, což představuje zásadní výzvu pro návrh jejich uživatelských rozhraní. Cílem této práce je zkoumat a vyvinout řešení umožňující blízkou interakci mezi neodbornými uživateli a komplexními roboty. Výzkum byl zaměřen na dvě oblasti robotiky: asistenční servisní a průmyslové spolupracující roboty. Ačkoliv se tyto dvě oblasti vyznačují odlišnými požadavky, pro návrh interakce mezi člověkem a~robotem je možné použít podobné principy. Nedostatky stávajících přístupů jsou řešeny návrhem nové metody pro úlohově zaměřenou interakci. Nejvýznamější aspekty metody jsou využití smíšené reality, autonomních funkcí robota, komunikace vnitřního stavu robota, kontextová citlivost a použití modalit vhodných pro danou úlohu. Pro obě oblasti zaměření výzkumu bylo na základě metody navrženo a implementováno uživatelské rozhraní. Obě rozhraní byla úspěšně ověřena s neodbornými uživateli, kteří díky nim byli schopni úspěšně spolupracovat s robotem na složitých úlohách. Publikovaná ověření rozhraní prokazují, že realizovaná metoda významně zlepšuje blízkou interakci mezi člověkem a robotem, která s dosavadními přístupy nebyla plně dosažitelná. Klíčové aspekty metody představují vodítko pro návrh uživatelských rozhraní v oblasti spolupracujících robotů.