基于FPGA加速的熱擴(kuò)散模擬器

1. 項(xiàng)目概述

項(xiàng)目說(shuō)明

這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)交互式的熱擴(kuò)散模擬器，它使用離散域上的熱方程，允許用戶在VGA屏幕上選擇熱源和熱匯，并在VGA屏幕上實(shí)時(shí)模擬出隨之產(chǎn)生的反應(yīng)。

本項(xiàng)目的硬件選擇DE1 SoC開發(fā)板（ARM A9處理器和FPGA邏輯相組合），外接一個(gè)VGA屏幕和一個(gè)鼠標(biāo)。

在最后的視頻采訪當(dāng)中，他們的導(dǎo)師連用了幾個(gè)“Awesome! Very very nice！”來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的作品。接下來(lái)一起來(lái)看看他們的項(xiàng)目是怎么實(shí)現(xiàn)的吧！

2. 實(shí)現(xiàn)原理

整個(gè)項(xiàng)目的框圖如下：

在硬件方面，Verilog代碼利用FPGA上的硬件生成一個(gè)個(gè)單元格網(wǎng)格，計(jì)算每個(gè)單元格的熱強(qiáng)度，根據(jù)強(qiáng)度選擇相應(yīng)的顏色，并將顏色繪制到VGA上。

在HPS（處理器系統(tǒng)）方面，C++代碼允許用戶在VGA屏幕上注入熱量，并能夠?qū)崟r(shí)看到類似梯度的視覺(jué)效果。

該項(xiàng)目設(shè)置有兩種模式，有個(gè)模式帶有預(yù)設(shè)的熱源/熱匯，另一個(gè)模式?jīng)]有熱源/熱匯。

離散熱擴(kuò)散方程是連續(xù)熱擴(kuò)散方程數(shù)值的近似，它描述了給定區(qū)域內(nèi)熱傳導(dǎo)隨時(shí)間的變化行為。為了在FPGA上實(shí)現(xiàn)該方程，他們選擇使用離散化版本，它將域分解為離散點(diǎn)的網(wǎng)格，并根據(jù)這些點(diǎn)的相鄰值來(lái)近似這些點(diǎn)之間的熱傳遞。一維離散熱方程表示如下:

審核編輯：劉清