Automatic synthesis of distributed hardware platforms for signal processing applications
Génération automatique de plate-forme matérielles distribuées pour des applications de traitement du signal
Résumé
Local languages or mother tongues of individuals play an essential role in their fulfillment in their various socio-economic activities. African languages and specifically Cameroonian languages are exposed to disappearance in favor of foreign languages adopted as official languages after independence. This is why it is essential to digitalize and integrate them into the majority of dematerialized services for their sustainability. Speech recognition, widely used as a human-machine interface, can be not only a tool for integrating local languages into applications but also a tool for collecting and digitizing corpora. Embedded systems are the preferred environment for deploying applications that use this human-machine interface. This implies that it is necessary to take measures (through the reduction of the reaction time) to satisfy the real-time constraint very often met in this type of application. Two approaches exist for the reduction of the application's response time, namely parallelization and the use of efficient hardware architectures. In this thesis, we exploit a hybrid approach to reduce the response time of an application. We do this by parallelizing this application and implementing it on a reconfigurable architecture. An architecture whose implementation languages are known to be low-level. Moreover, given the multitude of problems posed by the implementation of parallel systems on reconfigurable architecture, there is a problem with design productivity for the engineer. In this thesis, to implement a real-time speech recognition system on an embedded system, we propose an approach for the productive implementation of parallel applications on reconfigurable architecture. Our approach exploits MATIP, a platform-based design tool, as an FPGA Overlay based on high-level synthesis. We exploit this approach to implement a parallel model of a feature extraction algorithm for the recognition of tonal languages (characteristic of the majority of Cameroonian languages). The experimentation of this implementation on isolated words of the Kóló language, in comparison to other implementations (software version and hardware IP), shows that our approach is not only productive in implementation time but also the obtained parallel application is efficient in processing time. This is the reason why we implemented XMATIP an extension of MATIP to make this approach compatible with hardware-software co-design and co-synthesis.
Les langues locales ou langues maternelles propres aux individus jouent un rôle important pour leur épanouissement dans leurs différentes activités socio-économiques. Les langues africaines, et spécifiquement les langues camerounaises sont exposées à la disparition au profit des langues étrangères adoptées comme langues officielles au lendemain des indépendances. C’est la raison pour laquelle il est primordial de les numériser et les intégrer dans la majorité des services dématérialisés pour leur pérennisation. La reconnaissance vocale, largement utilisée comme interface d'interaction homme machine, peut être non seulement un outil d'intégration des langues locales dans les applications, mais aussi un outil de collecte et de numérisation des corpus. Les systèmes embarqués sont l'environnement par excellence de déploiement des applications qui exploitent cette interface d'interaction homme machine. Cela implique qu'il est nécessaire de prendre des mesures (à travers la réduction du temps de réponse) pour satisfaire la contrainte de temps réel très souvent rencontrée dans ce type d'application. Deux approches existent pour la réduction du temps de réponse des applications à savoir la parallélisation et l'usage des architectures matérielles efficaces. Dans cette thèse, nous exploitons une approche hybride pour réduire le temps de réponse d'une application. Nous le faisons par la parallélisation de cette application et sa mise en œuvre sur architecture reconfigurable. Une architecture dont les langages de mise en œuvre sont connus pour être de bas niveau. De plus, au vu de la multitude des problématiques posées par la mise en œuvre des systèmes parallèles sur architecture reconfigurable, il se pose un problème de productivité de l'ingénieur. Dans cette thèse, en vue de mettre en œuvre un système de reconnaissance vocale temps réel sur système embarqué, nous proposons, une approche de mise en œuvre productive d'applications parallèles sur architecture reconfigurable. Notre approche exploite MATIP un outil de conception orienté plateforme, comme FPGA Overlay basé sur la synthèse de haut niveau. Nous exploitons cette approche pour mettre en œuvre un modèle parallèle d'un algorithme d'extraction des caractéristiques pour la reconnaissance des langues à tons (caractéristique de la majorité des langues camerounaises). L'expérimentation de cette solution sur des mots isolés de la langue Kóló, en comparaison à d'autres propositions (version logicielle et IP matérielles), montre que, notre approche est non seulement productive en temps de mise en œuvre, mais aussi l'application parallèle obtenue est efficace en temps de traitement. C’est la raison pour laquelle nous avons mis en œuvre XMATIP une extension de MATIP pour rendre cette approche compatible à la co-conception et co-synthèse matérielle logicielle.
Domaines
Architectures Matérielles [cs.AR]
Origine : Version validée par le jury (STAR)