FPGA开源项目分享——基于FPGA加速的热扩散模拟器

导语

今天继续分享康奈尔大学FPGA课程ECE 5760的典型案例——基于FPGA加速的热扩散模拟器。

（更多其他案例请参考网站：

Final Projects ECE 5760）

1. 项目概述

项目网址

https://people.ece.cornell.edu/land/courses/ece5760/FinalProjects/s2023/heat_sim/ECE5760_HeatSim.github.io/index.html

项目说明

这个项目的目标是创建一个交互式的热扩散模拟器，它使用离散域上的热方程，允许用户在VGA屏幕上选择热源和热汇，并在VGA屏幕上实时模拟出随之产生的反应。

本项目的硬件选择DE1 SoC开发板（ARM A9处理器和FPGA逻辑相组合），外接一个VGA屏幕和一个鼠标。

在最后的视频采访当中，他们的导师连用了几个“Awesome! Very very nice！”来评价学生的作品。接下来一起来看看他们的项目是怎么实现的吧！

2. 实现原理

整个项目的框图如下：

在硬件方面，Verilog代码利用FPGA上的硬件生成一个个单元格网格，计算每个单元格的热强度，根据强度选择相应的颜色，并将颜色绘制到VGA上。

在HPS（处理器系统）方面，C++代码允许用户在VGA屏幕上注入热量，并能够实时看到类似梯度的视觉效果。

该项目设置有两种模式，有个模式带有预设的热源/热汇，另一个模式没有热源/热汇。

离散热扩散方程是连续热扩散方程数值的近似，它描述了给定区域内热传导随时间的变化行为。为了在FPGA上实现该方程，他们选择使用离散化版本，它将域分解为离散点的网格，并根据这些点的相邻值来近似这些点之间的热传递。一维离散热方程表示如下:

3. 视频演示

视频参考：FPGA开源项目分享——基于FPGA加速的热扩散模拟器

4. 源码下载

1. https://github.com/fran07981/ece5760finalproject/tree/master/Verilog/heatMapFPGAtoVGA