Architetture ad elevate prestazioni per elaborazioni di dati telerilevati

L’obiettivo della presente tesi consiste nello sviluppo di un sistema che consenta l’analisi efficiente di diversi algoritmi di elaborazione per dati rilevati con la tecnica SAR. Tale sistema è, altresì, di supporto per la verifica funzionale di un processore che, realizzato con hardware dedicato, verrà impiegato in specifiche missioni di telerilevamento.
Il sistema realizzato consente di studiare e comprendere il comportamento dell’architettura di acquisizione e di elaborazione delle immagini SAR, al variare dei parametri e del sensore e di volo, garantendo elevati livelli di produttività nella generazione delle immagini.
Il sistema sviluppato consiste, quindi, in un framework di programmi applicativi, in grado di effettuare diversi tipi di elaborazioni sui dati acquisiti da un sensore SAR. In particolare sono disponibili algoritmi che realizzano il filtraggio nel dominio della frequenza e nel dominio del tempo e che operano sia su architetture parallele general purpose, sia su architetture eterogenee: ciò al fine di rendere le sperimentazioni ampiamente ripetibili. E’ presente, inoltre, la parte di supporto al testing del processore con hardware dedicato, il quale è stato progettato in un precedente lavoro di tesi.
Il framework interviene nel ciclo di sviluppo dei sistemi per l’elaborazione di dati SAR, sia nella fase di analisi che in quella di sintesi.
Nella fase di analisi il framework permette di esaminare gli effetti delle variazioni dei parametri del filtro, di valutare il fattore tempo di elaborazione, di confrontare immagini ottenute con le diverse tecniche, nel dominio della frequenza e nel dominio del tempo e, quindi, a diversa risoluzione.
Nella fase di sintesi si individuano tre principali tipi di architettura elaborativa: general purpose ad elevate prestazioni, eterogenea, dedicata. Per quanto riguarda l’architettura general purpose ad elevate prestazioni, nel corso della tesi è stata utilizzata una macchina parallela IBM SP2, con sei nodi di elaborazione e uno switch di comunicazione a banda molto elevata. Come architettura eterogenea, si è realizzato un sistema distribuito, formato da workstation IBM e Digital con sistema operativo Unix e da personal computer con sistema operativo Linux. Relativamente alle soluzioni dedicate, si è esaminato il sistema ad elevate prestazioni per l’elaborazione di dati SAR in tempo reale, costituito dal processore ad hardware dedicato, realizzando un software di supporto alla simulazione, per la generazione e la verifica di pattern, cioè dell’insieme dei dati di ingresso e di uscita e di stati intermedi in cui viene a trovarsi il processore.
I programmi sono stati sviluppati in due versioni: sequenziale e parallela. La versione sequenziale è pensata per l’esecuzione su un singolo nodo di elaborazione ed è stata testata su personal computer, su workstation IBM e su workstation Digital Alpha. La versione parallela dei programmi è progettata per l’utilizzo in sistemi di elaborazione distribuiti.
Un aspetto rilevante della tesi è la misurazione e la valutazione delle prestazioni e dell’efficienza computazionale in un sistema di elaborazione distribuito eterogeneo, nello specifico si è sperimentato su un sistema in cui sono presenti i nodi di elaborazione delle diverse architetture: IBM SP2, workstation IBM, workstation Digital Alpha, personal computer Linux.