Závěrečné práce

Ing. Stanislav Jeřábek, Ph.D.

Ing. Michal Štepanovský, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Bakalářská práce se zabývá problematikou emulace v souvislosti s výukou principů počitačových architektur a jejich hardwaru. Na konkrétnim přikladě zábavniho systému Nintendo Entertainment System ukazuje celý proces vývoje softwarového emulátoru od pochopeni základnich principů a nutnou analýzu emulovaného systému přes návrh vhodného řešeni na základě zjištěných informaci až po samotnou implementaci v jazyce C++ a testováni výsledku. Snahou implementace je být co nejsrozumitelnějši. Součásti řešeni je i univerzálni emulačni platforma, která je dále využitelná pro jiné projekty majici za cil vytvořit emulátor počitačového systému. Pro motivaci dalšich zájemců o problematiku je v posledni kapitole obsažen výčet funkcionalit, které je možné doimplementovat. Byla vytvořena i podrobná dokumentace, aby se zvýšila přistupnost a srozumitelnost projektu nejen pro zájemce o rozšiřeni platformy, ale i pro zájemce o vytvořeni vlastniho emulátoru s použitim vytvořené platformy.

Práce na DSpace

Ing. Pavel Kubalík, Ph.D.

Ing. Vojtěch Miškovský, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Bakalářská práce se zabývá návrhem a vytvořením kamerového zařízení pro monitorování vzdáleného prostoru za použití ESP32-CAM a SIM800L modulů. V práci se prozkoumají existující řešení a navrhne se řešení vlastní. Výsledkem této práce je zhotovené zařízení, které je schopné detekovat pohyb a pořídit fotografii monitorovaného prostoru. Snímek uloží na SD kartu a pošle jej přes mobilní data na emailovou adresu uživatele. Uživatel může ovládat zařízení příkazy přes SMS. Pro zařízení je navrhnut plošný spoj a 3D tisknutelné pouzdro.

Práce na DSpace

Ing. Michal Štepanovský, Ph.D.

doc. Ing. Ivan Šimeček, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Zaměřením této práce je přiblížení činnosti superskalárních procesorů a navržení superskalární mikroarchitektury procesoru využívající instrukční sady RISC-V RV32I. Navržená mikroarchitektura se nazývá VTM Veznik Tomas Microarchitecture) a je popsána jazykem SystemVerilog. VTM je superskalární mikroarchitektura, která zpracovává dvě instrukce najednou a ve vykonávacím stupni vykonává do čtyř instrukcí najednou. Hlavním výstupem této práce jsou zdrojové kódy popisující VTM. Zdrojové kódy spolu s teoretickou částí této práce mohou posloužit jako učební pomůcka, která ukazuje fungovaní superskalárních procesorů, cílená na studenty.

Práce na DSpace

Ing. Miroslav Skrbek, Ph.D.

Ing. Zdeněk Buk, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a implementací aplikace pro humanoidního robota Pepper, která má za úkol podporovat péči o zákazníky na pobočce mobilního operátora. Práce analyzuje dostupné technologie pro potřeby aplikace a zároveň se snaží vyvarovat nedostatků a chyb podobných řešení. Cílem práce je vytvořit interaktivní aplikaci, která bude informovat i bavit zákazníky. Výsledkem je robustní řešení, využívající moderní cloudové technologie pro rozpoznávání řeči a umělou inteligenci pro lokalizaci a detekci záměru z přepisu hlasového vstupu, které obstojí v komunikaci, uživatelské přívětivosti a prožitku.

Práce na DSpace

Dr.-Ing. Martin Novotný

Ing. Jakub Klemsa

Katedra číslicového návrhu

Bakalářská práce se zaměřuje na práci s kryptoprocesorem CEC1702. První část práce je orientovaná na zprovoznění programování kryptoprocesoru, úpra\-vu již vzniklé implementace knihovny pro práci s velkými čísly a implementace Paillierova kryptosystému pro zmíněný kryptoprocesor. Dále je v rámci práce vytvořen firmware, který umožňuje použití šifrovacího algoritmu RSA-CRT a Paillierova kryptosystému s variabilní délkou klíče. Druhá část práce se zaměřuje na útoky pomocí injekce chyb na šifrovací algoritmus RSA-CRT. Je použito generování zákmitů na napájení a zákmitů na zdroji hodinového signálu, a to pomocí sady ChipWhisperer. Útoky jsou nejprve úspěšně provedeny na mikrokontrolér STM32F3, kdy je RSA-CRT implementováno pomocí knihovny pro práci s velkými čísly z první části práce. S využitím znalostí z útoků na STM32F3 byla vytvořena další sada útoků pro kryptoprocesor CEC1702, a to pomocí zákmitů na zdroji napájení, jelikož CEC1702 nemá možnost využívat externí zdroj hodinového signálu. Útok byl proveden na dvě verze RSA-CRT. První verze odpovídá implementaci pro STM32F3. Druhá verze využívá hardwarový akcelerátor kryptografických operací. Útok byl na~obě verze implementace úspěšný. V rámci práce je nastíněn možný postup, jakým směrem vzniklé implementace a realizované útoky injekcí chyb rozšířit. V příloze práce lze nalézt vytvořený návod pro programování kryptoprocesoru a dokumentaci k firmware.

Práce na DSpace

Ing. Matěj Bartík, Ph.D.

doc. Ing. Ivan Šimeček, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Cílem práce je vytvořit řídící software pro an míru vytvořený vestavný systém, který obsahuje mikrokontrolér z řady STM32WB a lze ovládat pomocí Bluetooth Low Energy. Práce se zabývá analýzou kladených požadavků na software a jeho následným vývojem. Práce klade důraz na kompatibilitu s komplementární BLE Android aplikací, která byla pro zakázkové zařízení vyvinuta, nezaobírá se však její implementací. Software byl napsán od základů, neboť nebyl nalezen žádný vhodný existující projekt, který by mohl být použit jako výchozí bod. Výsledkem práce je funkční řídící software, který lze využít na zmíněných zakázkových systémech nebo jako základ v podobných projektech.

Práce na DSpace

Dr.-Ing. Martin Novotný

Ing. Vojtěch Miškovský, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Tato práce představuje univerzální hardwarovou jednotku pro kryptografii nad eliptickými křivkami. Jednotka podporuje modulární aritmetiku s až 256 bitovým obecným modulem a optimalizovanou aritmetiku pro křivky P-256, Ed25519 a Curve25519, což umožňuje snadnou implementaci různých kryptografických algoritmů nad eliptickými křivkami. Pomocí této jednotky lze provést celý digitální podpis pomocí eliptické i Edwardsovy křivky, stejně jako algoritmus X25519 pro Diffie-Hellmanovu výměnu klíče. Tato jednotka najde své uplatnění například v dnes rychle se rozvíjející oblasti hardwarových peněženek nebo zařízení internetu věcí. Vzhledem k tomu, že jednotka je určena pro použití v ASIC, je navžena tak, aby byla úsporná co se týče plochy. Jednotlivé hardwarové prostředky jsou znovu použity pro různé výpočty. Jednotka umožňuje implementovat několik protiopatření proti útokům postranními kanály, především maskovací techniky, a to i po dokončení jejího návrhu.

Práce na DSpace

Ing. Miroslav Skrbek, Ph.D.

Ing. Martin Daňhel, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Cílem práce bylo vyvinout bezpečný monitorovací systém, který snímá prostředí kamerou a obrazová data zasílá přes internet do cloudu, kde dochází k jejich zpracování. Práce se orientuje na bezpečnostní aspekty řešení. V práci jsou popsány možnosti vývoje monitorovacího systému na různých platformách a vlastnosti, které z výběru platformy vyplývají. Je zde popsán návrh IoT zařízení založeného na platformě Azure Sphere připojeného ke cloudu Microsoft Azure, cloudová aplikace založená na službách cloudu Azure vyvinutá podle konceptu PaaS a uživatelské aplikace zobrazující výstupy z monitorovacího systému uživateli. V práci jsou také popsány problémy spojené s vývojem na platformě Azure Sphere a možnosti jejich řešení.

Práce na DSpace

Ing. Martin Daňhel, Ph.D.

doc. Ing. Ivan Šimeček, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Bakalářská práce se zabývá návrhem a realizací funkčního prototypu chytrého zrcadla. Analytická část práce se ve své první fázi věnuje detailnímu rozboru již hotových projektů, ať už ze strany technologických nadšenců či produktů dostupných na trhu. V této části jsou zhodnoceny možné přínosy či naopak negativa zkoumaných řešení, ať už z pohledu použitých materiálů, technologií či způsobu uživatelského ovládání. V další fázi analytické části uvažovány možné SW platformy a HW produkty, které by bylo možné pro realizaci chytrého zrcadla využít. Velká pozornost je věnována především výběru vhodných zobrazovacích komponent – jsou zde diskutovány různé typy skel a displejů. Praktická část této práce se zabývá tvorbou prototypu chytrého zrcadla. Konstrukce zrcadla je unikátní, bezrámečková a je navržena tak, aby uživateli nabídla co největší zobrazovací plochu pro informace a současně také moderní design s hlasovým ovládáním. Vytvořený prototyp je založený na platformě Paspberry Pi, jsou zde uvedeny rozšiřitelné moduly na ovládání světel. Následně jsou popsány kroky k instalaci jednotlivých softwarových platforem HomeAsistant, MagicMirror^2 a hlasového asistenta Kalliope. Součástí práce je i postup, jak jednotlivé platformy konfigurovat, řešit případné problémy a je také naznačena cesta možného rozšíření či využití navrženého zrcadla v chytré domácnosti. Nakonec je prototyp důkladně otestován, aby byla zaručena funkční spolehlivost celého systému.

Práce na DSpace

Ing. Pavel Kubalík, Ph.D.

Ing. Robert Hülle

Katedra číslicového návrhu

Tato práce se zabývá návrhem a výrobou meteostanice, která měří teplotu, vlhkost, tlak a koncentraci oxidu uhličitého. Navržená stanice je dále schopna komunikovat s uživatelem pomocí Bluetooth a SMS zpráv, počítat průměry naměřených hodnot a kontrolovat zda nebyl u některé měřené veličiny překročen limit. Stanice je založena na platformě Arduino. V rámci této práce je pro meteostanici vyroben i plošný spoj.

Práce na DSpace

Dr.-Ing. Martin Novotný

Ing. Stanislav Jeřábek

Katedra číslicového návrhu

Práce pojednává o zabezpečení blokových šifer před útoky zaměřujícími se na informace o spotřebě během šifrování. Testovaným protiopatřením je technika vícenásobných a falešných rund, jejíž efektivnost nebyla doposud prokazatelně dokázána. Za účelem ověření předchozích výsledků a nalezení případných chyb v návrhu byla vytvořena takto zabezpečená verze šifry PRESENT v jazyce VHDL. Na této verzi byla poté provedena série testů, která odhalila průsak informací během začátku šifrování. Další úpravy obvodu poté vedly k progresivně lepším, avšak stále neuspokojivým výsledkům. Hlavním vylepšením bylo především náhodně opožděné nahrání platných vstupních dat do obvodu. Alternativně bylo také prozkoumáno, jaký vliv bude mít přidání dalších registrů, určených pro uložení výsledků falešných rund. Součástí řešení jsou i užitečné nástroje, které by měly usnadnit budoucí testování vícenásobných a falešných rund.

Práce na DSpace

Ing. Miroslav Skrbek, Ph.D.

Ing. Ivo Háleček

Katedra číslicového návrhu

Cílem práce je vytvořit programové vybavení pro šestinohého robota v podobě knihovny. Knihovna je určena pro model hexapodu A-Pod od firmy Lynxmotion, který je ovládán pomocí počítače Raspberry Pi a servo kontroleru SSC-32u od stejné firmy, jako je robot. Vytvořená knihovna podporuje chůzi robota po rovině i v terénu pomocí dotykových senzorů. Při plánování pohybu je použita inverzní kinematika. Výsledky této práce umožní dalším studentům na FIT ČVUT v Praze vytvářet složitější aplikace pro šestinohého robota. V příloze práce lze nalézt uživatelskou příručku a na přiloženém CD se nachází videa zachycující chůzi robota.

Práce na DSpace

Ing. Jaroslav Borecký, Ph.D.

Ing. Martin Kohlík, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Práce se zaměřuje na dokumentaci sestavení funkčního modelu auta na dálkové ovládání náklonem hřbetu ruky pomocí vývojových a rozšiřujicích desek od společnosti STMicroelectronics. Cílem praktické části je sestrojit funkční model auta, rukavici pro uchycení desky ovladače a samotný firmware ovladače i auta. Firmware ovladače i auta bude napsán v jazyce C a pro komunikaci bude použita technologie Bluetooth Low Energy. Výsledkem praktické části je funkční ovladač a auto, které bude možné rozšiřovat o další funkce.

Práce na DSpace

Dr.-Ing. Martin Novotný

Ing. Vojtěch Miškovský, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Tato bakalářská práce se zabývá vývojem mobilního zařízení pro elektrokardiografii, které umožňuje měřit základní tři svody EKG, je napájené z akumulátoru a data odesílá přes WiFi do centrální jednotky. Pacient se díky tomu může pohybovat a přesto jsou pro lékaře neustále dostupné informace o jeho aktuálním stavu. Základem zařízení je čip pro snímání EKG ADAS1000 od firmy Analog Devices. Data zpracovává mikroprocesor STM32L0 a do centrální jednotky jsou odesílána pomocí WiFi modulu ESP8266. Hlavním výsledkem práce je kompletní návrh prototypu, a to jak z hardwarového, tak ze softwarového hlediska. Z prezentovaných podkladů je velmi snadné vyrobit plošný spoj pro prototyp. Díky přiloženým zdrojovým kódům firmware pro mikrokontrolér a software pro centrální jednotku, který lze spustit na libovolném počítači s OS Linux, je možné navržené zařízení velice rychle začít používat. Na přiloženém DVD se nachází fotografie zařízení, podklady pro výrobu plošného spoje a zdrojové kódy.

Práce na DSpace

Ing. Filip Štěpánek

Ing. Martin Kohlík, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Tato bakalářská práce se zabývá vytvořením zařízení pro měření gama záření na bázi Geiger-Müllerova počítače v domácích podmínkách a obslužné mobilní aplikace pro operační systém Android. Součástí práce je fyzikálně-chemický základ potřebný pro úspěšnou realizaci zařízení. Na základě analýzy pododobných zařízení pro měření radiačního záření je vypracován vlastní návrh zařízení, které se skládá z přípravku Arduino a desky obsahující Geiger-Müllerovu trubici. Toto zařízení je možné ovládat pomocí mobilního telefonu přes rozhraní Bluetooth. V textu je také popsáno testování zařízení v oddělení dozimetrie záření a výsledky měření jsou porovnány s dozimetrem běžně používaným v laboratořích.

Práce na DSpace

Ing. Ivo Háleček

Katedra číslicového návrhu

Tato bakalářská práce popisuje implementaci meteostanice, která pomocí Bluetooth Low Energy (BLE) umožňuje zasílání historie naměřených dat. Aplikace je implementována na čipu EM9304 s připojenou EEPROM pamětí a senzorem teploty, tlaku a vlhkosti pomocí sériového rozhraní. Výsledkem práce je funkční zařízení, se kterým je možné komunikovat pomocí speciální klientské aplikace pro smartphone, kde uživatel zasílá požadavky a získává vizualizovaná data. Práce obsahuje také výsledky měření spotřeby elektrické energie v různých fázích aktivity čipu.

Práce na DSpace

Dr.-Ing. Martin Novotný

Ing. Vojtěch Miškovský, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

V bakalářské práci byly prozkoumány možnosti rozdílové odběrové analýzy (DPA) na programovatelná hradlová pole (FPGA). V rámci práce byl modifikován program pro měření proudové spotřeby, vytvořeny skripty pro provádění DPA a vytvořeny různé implementace algoritmu AES na FPGA. Vyvinuté skripty a programy pro DPA byly ověřeny proti implementaci AES na čipové kartě. Poté, co tyto programy úspěšně prolomily implementaci na čipové kartě, přistoupili jsme k aplikaci DPA proti implementaci AES na desce s FPGA. DPA proti FPGA byla provedena v šesti různých konfiguracích. Tyto konfigurace se lišily v implementaci AES na FPGA, v konfiguraci desky, v nastavení osciloskopu a v metodě útoku. Byly nalezeny konfigurace, které byly úspěšně prolomeny. Bylo zjištěno, že nastavení osciloskopu a měřícího prostředí má významný dopad na proveditelnost DPA na FPGA. Implementace je méně důležitá pro úspěch útoku. Nejdůležitejší aspekt implementace je hodinová frekvence. Také bylo zjištěno, že použití různých zdrojů proudu a odebrání kondenzátorů na FPGA desce má významný dopad na proveditelnost DPA.

Práce na DSpace

Dr.-Ing. Martin Novotný

Ing. Vojtěch Miškovský, Ph.D.

Katedra číslicového návrhu

Cílem práce je prozkoumat odolnost spolehlivostních variant šifry AES implementovaných na programovatelném hradlovém poli (FPGA) firmy Altera vuci vybraným útokum postranními kanály, konkrétne vuci útokum rozdílovou odberovou analýzou (DPA). V rámci práce byl proveden útok rozdílovou odberovou analýzou na nezabezpecenou implementaci šifry AES na FPGA. Následne byl proveden útok na varianty upravené pro zvýšení odolnosti proti poruše. Výsledky útoku byly porovnány se základní implementací šifry. Z porovnání vyplývá, že použití informacní redundance na úrovni operace SubBytes a použití prostorové a casové redundance na úrovni algoritmu i rundy k zabezpecení algoritmu AES proti chybám neovlivnuje pocet prubehu spotreby nutných k získání všech bytu klíce a tudíž ani odolnost proti útoku pomocí rozdílové odberové analýzy.

Práce na DSpace

Ing. Miroslav Skrbek, Ph.D.

Dr.-Ing. Martin Novotný

Katedra číslicového návrhu

Bakalářská práce se zabývá tvorbou výukového přípravku s Pelitérovým článkem. Tento přípravek dokáže ochladit i ohřát kapalinu na požadovanou teplotu pomocí termoelektrického chlazení a ohřevu. Cíle bylo dosaženo pomocí číslicového regulátoru, který ovládá Peltiérův článek pulzně šířkovou modulací. Práce se v první řadě zabývá konstrukcí přípravku a návrhem chlazení teplé strany Peltiérova článku s ohledem na funkčnost a velikost celého zařízení. Dále řeší návrh elektrického schématu, plošného spoje a výběr součástek. V poslední řadě se práce zabývá implementací nezbytných knihoven pro čtení senzorů, regulátoru a ukázkové aplikace. Vytvořený přípravek byl úspěšně otestován a měl by sloužit jako výuková pomůcka na ČVUT v Praze.

Práce na DSpace