Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik - Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HAKAN GÜRBÜZ
Danışman: Hayriye Korkmaz
Özet:
Donanım hızlandırıcıları, özellikle yüksek hesaplama gücü gerektiren uygulamalarda işlemcilere göre daha iyi bir performans sergilemektedir. Diğer taraftan işlemciler üzerinde farklı işletim sistemlerinin çalışmasına imkân tanıdıklarından, sistemlere esneklik ve modülerlik kazandırmaktadır. Donanım hızlandırıcılar ile işlemcilerin görevleri paylaşmaları durumunda ise (donanım/yazılım ortak tasarımları, hardware/software co-desing) kaynak kullanımı ve güç tüketimi optimizasyonu gibi avantajlar elde edilebilmektedir. Günümüzde üretim yapan fabrikalardan, evlerde kullanılan cihazlara; trafikte seyreden araçlarda kullanılan donanımlardan çevre izlemegözetlemede kullanılan aygıtlara kadar kadar pek çok alanda, nesnelerin algılayıcılar, yazılımlar ve ağ bağlantısı ile donatılarak veri toplama, işleme, karar verme ve bu bilgileri paylaşma yeteneğine sahip olması Internet of Things (IoT) kavramı ile mümkün hale gelmiştir. İnternete bağlanan nesnelerin sayısı, internet kullanımının hızla yaygınlaşması ve kolay erişilebilir olmasıyla birlikte her geçen gün artmaktadır. Bu birbirinden uzakta ve çoğunlukla da şebekeden beslenmeyen dağıtık nesneler için enerji, işlemci ve hafıza kapasitesi gibi kısıtlı kaynaklar bulunmaktadır ve bu nedenle IoT'yi de içine alan birçok uygulamada bu kısıtların göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Düşük güç tüketimi göz önünde bulundurularak tasarlanan sistemler, cihazlarının ve sistemlerinin çevre üzerindeki olumsuz etkilerini azaltarak, daha sürdürülebilir ve çevre dostu bir IoT ekosistemi oluşturmaya da yardımcı olacaktır. Böyle bir sistem tasarımı için açık kaynak projelerden faydalanmakta çeşitli avantajlar sağlayacaktır. Çünkü günümüzde işlemci üreten firmalar ürünlerini yüksek lisanslama maliyetleriyle satmaktadırlar. Ancak açık kaynak işlemciler, şeffaf ve geliştirilmeye açık oldukları gibi maliyet açısından da avantaj sunmaktadır. Düşük güç tüketimi gibi ihtiyaçlar göz önünde bulundurularak, açık kaynak işlemciler üzerinde donanım tasarımı mümkündür. Ayrıca bu donanımlar için desteği bulunan birçok açık kaynak işletim sistemi de bulunmaktadır. Bu projelerden faydalanarak amaca uygun donanım ve yazılım birlikte kullanımı ile bütün bir sistem v tasarımı gerçekleştirilebilir. Bu tez kapsamında düşük güç tüketimi sağlayan bir görüntü işleme uygulaması senaryosuna yönelik donanım/yazılım ortak tasarımı, (hardware/software co-desing) sunulmuştur. Konvolüsyon filtreleri, özellikle görüntü işleme ve sinir ağı tabanlı görüntü sınıflandırma problemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu filtre tasarımları, karmaşık matris işlemleri ve tekrarlı süreçler nedeniyle yüksek hesaplama gücü gerektirler. Bu tez çalışmasında, bu ve benzeri uygulamaların performansını artırmak amacıyla Microblaze tabanlı bir sistem tasarlanmış; Microblaze özel olarak yapılandırılarak, konvolüsyon filtresi donanımsal olarak gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu tasarım Nexys4 A7-100T FPGA geliştirme kiti üzerinde uygulanmıştır. Hem FreeRTOS hem de bare-metal yaklaşımlarıyla gerçekleştirilen konvolüsyon filtresinin yazılımsal ve donanımsal uygulama süreleri karşılaştırılmıştır. Ayrıca özel yapılandırma seçeneğinin donanım üzerindeki kaynak kullanımı ve güç tüketimine olan etkisi de detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Donanım ve yazılım tarafında yapılan iyileştirmelerin, güç tüketimini ve uygulama süresini azalttığı görülmüştür.