Exploração de arquiteturas dedicadas com eficiência energética para o filtro de Kalman

• Autor(a) principal: PEREIRA, Pedro Tauã Lopes
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UCpel
• Texto Completo: http://tede.ucpel.edu.br:8080/jspui/handle/jspui/826
• topic: filtro de Kalman; hardware dedicado; síntese; dissipação de potência; Kalman filter; dedicated hardware; synthesis; power dissipation; ENGENHARIA ELETRICA::CIRCUITOS ELETRICOS, MAGNETICOS E ELETRONICOS

Com a evolução das tecnologias móveis alimentadas por baterias, o desenvolvimento de técnicas de processamento de sinais com a otimização de área e redução do consumo de energia, tornouse primordial. Para tal, soluções são apresentadas com o uso de circuitos ASICs (ApplicationSpecific Integrated Circuits) que possibilitam implementar sistemas complexos com estratégias de redução de área e eficiência energética. A proposta desta dissertação é o desenvolvimento de circuitos dedicados em ASIC, para a implementação do filtro de Kalman como identificador de sistemas, com elevada velocidade de processamento, área reduzida e baixo consumo de energia. As arquiteturas propostas são descritas em VHDL (Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language) e os resultados de síntese são encontrados com o auxílio da ferramenta de síntese Genus da empresa Cadence. Diferentes arquiteturas foram estudadas para todas as equações que denotam o processamento do filtro de Kalman, com a finalidade de determinar qual configuração arquitetural apresenta os melhores resultados de área, potência e velocidade de processamento. Nestas arquiteturas, também foram explorados diferentes circuitos dedicados para a operação de inversão matricial, utilizando o método analítico, necessário ao cálculo da equação do Ganho de Kalman, em conjunto com arquitetura dedicada baseada no algoritmo de divisão por iteração Goldschmidt. Os principais resultados mostraram que, as arquiteturas nas formas sequencial e semi-paralelas, para as equações do filtro de Kalman, atendem bem ao balanço entre velocidade de processamento e dissipação de potência. Também foi mostrado que, a integração das arquiteturas para cálculo das covariâncias dos ruídos, para deter de um sistemas mais realista, mostrou eficácia, robustez e eficiência em identificar sistemas desconhecidos perturbados por ruído branco. Após validação do circuito como identificador de sistemas, foram encontrados resultados com relação de erro próximo a -20 db com um tempo de convergência de 10 amostras. A arquitetura do filtro de Kalman proposto apresentou área do circuito com 456032 µm2 , com potencia total dissipada de 1305,34 µW necessitando de 34 ciclos de relógio para seu processamento.