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2016年5月30日,中心研究生陈佳华同学的硕士论文答辩会在理科5号楼410会议室圆满结束。陈佳华同学的指导老师为王韬老师。答辩会由中国科学院计算技术研究所韩银和研究员担任主持,中心王韬老师、梁云老师、孙广宇老师,以及北京大学微处理器研究开发中心佟冬老师作为评委参加了答辩。
陈佳华同学就“基于FPGA的可定制无线底层平台及其开发框架”进行了答辩报告,报告结束后,就各位评委提出的问题能够正确、完整、清晰的回答,逻辑关系清楚。最后,答辩委员会经无记名投票,一致同意通过答辩,并建议授予硕士学位。
陈佳华同学在读硕士期间以第一作者身份在学术会议ICPFT发表一篇论文,她完成基于FPGA的可定制无线底层平台已经被中国和美国多所高校的研究者使用。2014年,陈佳华同学因其优秀表现,当选中心年度最佳研究生。
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论文摘要:
随着计算机和网络的发展,很多相关的新应用如雨后春笋般涌现。为了适应多元化的无线应用的开发和研究,缩短开发周期,无线底层平台被很多开发者作为验证 无线通信算法、研究无线通信协议等的开发平台所使用。无线通信协议要求无线底层平台具备高速率(802.11n协议要求达百兆速率)和低延迟(微秒量 级)。为了能够快速做原型验证,无线底层平台要求具备比较好的编程性。由于目前存在的无线底层平台都没法同时满足高性能和可编程好两个要求,开发者很难快 速定制无线底层,且保证无线底层达到跟正常无线网卡一样的性能。本文基于FPGA设计一个可定制的无线底层平台及其可扩展软硬件协同开发框架,并完成无线 底层的实现及其开发框架的实现。
本文通过对现有的无线底层平台以及开发框架进行了调研和分析,将高性能、灵活性和易用性作为设 计目标。高性能是指无线底层平台满足协议的要求,具备高速率和低延迟两大特性。灵活性指开发者可以修改媒体访问控制层的协议和物理层的协议并按照新的协议 无线底层平台上灵活定制无线底层。易用性表现在开发者不需要掌握过多的基础知识就能够使用无线底层平台,例如,开发者想修改无线底层的某一个算法时,不需 要了解无线底层其他算法的设计,也不需要对整个无线底层的结构有深入的了解才能修改某一部分的算法;支持那些对于不喜欢用硬件描述语言开发的开发者在 FPGA上用C/C++语言在FPGA上开发。
本文基于802.11a/g协议、Xilinx Kintex-7 FPGA设 计并实现了一个可定制的无线底层及其可扩展的软硬件协同的开发框架,提供一个完整的无线底层的算法模块库和一套用来帮助用户修改或者构建无线底层的工具。 无线底层的性能满足协议的要求,且跟上层协议无缝对接,开发者通过使用无线底层平台的框架及其提供的工具,可以快速简单方便地定制无线底层。该框架提供自 动生成底层模块互连的代码以及处理不同时钟域的信号通信的问题等功能,大大减少修改底层的难度和工作量。基于该底层平台,实现全双工系统,可以复用高达 92%的代码量。