Implementação em chip de sistemas celulares autômatos dedicados à emulação da propagação de ondas acústicas em sistemas físicos

Abstract

Os organismos artificiais celulares são circuitos que encapsulam e controlam arquitetura integradoras, capacitadas para a execução de todos os cálculos requeridos sobre o domínio discreto escolhido. Os autômatos celulares constituem uma alternativa para modelagem de sistemas físicos em domínio discreto. Neste trabalho, o fenômeno físico considerado como estudo de caso é a propagação de ondas sonoras através de um meio ideal e estacionário. O trabalho foi realizado em duas etapas, sendo a primeira voltada para ao desenvolvimento de um sistema celular autômato (CA) aplicável à emulação de ondas planas unidimensionais, para aplicação em circuitos reconfiguráveis, e a segunda voltada para a apresentação de propostas de implementação em chip. O sistema CA desenvolvido, denominado Camphs1D, é composto de duas células autômatas, baseadas em IP-cores de operadores aritméticos em 27 bits, capazes de operar todos os fenômenos básicos de onda em meios unidimensionais. As mencionadas células foram desenvolvidas a partir de duas estratégias distintas, sendo a primeira descrita diretamente em VHDL, no software Vi-vado, e a segunda descrita em C/C++, no software Vivado HLS, onde foram usados IP-cores de ponto flutuante de 32 bits da Xilinx. Foram utilizadas, para efeito de validação de resultados, simulações em Testbench VHDL, simulações no software SDK (Xilinx),e implementações físicas integradas com um processador ARM, para acesso à memória DDR disponível em placa. Todas as validações atingiram seus objetivos, relacionados à comparações com os mesmos resultados obtidos por modelos de referência, desenvolvidos a partir da solução de d’Alembert para a equação unidimensional da onda.