关键词： 异构架构   可编程   现场可编程门阵列(FPGA)   专用集成电路(ASIC)   视频桥接   低功耗  

摘要： 随着智能时代的到来，越来越多的设备拥有摄像头和显示屏，而它们具有各种各样不同接口和视频格式，视频桥接面临新的挑战.以往的解决方案是根据接口和视频格式的需求采用不同的电路，如现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）、图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）和专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）等.但这种单一的电路模式难以同时满足低成本、超低功耗和小型化的要求，尤其是在移动显示领域.本文提出了一种新的异构体系架构，它将FPGA、微控制单元（Microcontroller Unit,MCU）、ASIC和存储器无缝集成到一个芯片中.该芯片不仅实现了小型化，而且具有低成本和低功耗的优势；更重要的是该款芯片可以支持不同接口和视频格式的桥接需求.针对不同算法的应用，本文给出了使用该芯片的评估方法和解决方案，为架构设计提供了依据.该芯片已成功在22 nm工艺流片，整体尺寸约为4 mm×4 mm，总功耗约为200 mW.它可以支持3 840×2 160分辨率和144 Hz刷新率的视频输入格式，1 080×2 340分辨率和90 Hz刷新率的视频输出格式.在实现同样视频桥接功能的应用时，我们芯片的面积和功耗均小于AMD芯片XC7K325T和Zynq Z7035的1/10.换而言之，针对于此类场景的应用，我们的方案在成本和功耗方面相比于传统商业FPGA有显著优化.

关键词： 单通道语音降噪   非平稳噪声   语音活动检测   先验信噪比   帧-频动态平滑因子  

摘要： 综采工作面语音对讲系统面临严重的非平稳噪声干扰。在功耗限制条件下，实现对讲系统的超低信噪比语音去噪，是确保工作面语音信息正确传输的核心技术之一。基于IMCRA算法，提出一种面向综采工作面语音特点的非平稳噪声去除方法MIMCRA。其中，针对先验信噪比估计延迟导致的非平稳噪声估计不准的问题，引入改进两步噪声去除方法。即利用前一帧的先验信噪比和当前帧的纯净语音来滚动估计当前帧的先验信噪比和下一帧的纯净语音，实现了先验信噪比实时估计。针对固定平滑因子对含噪功率谱进行平滑处理容易引起噪声过估计，从而导致语音信息难以提取的问题，引入帧-频动态平滑因子调节机制。以平滑功率谱密度和噪声功率谱密度的最小均方差为依据，对含噪语音的功率谱实现动态平滑处理。针对信噪比过低，噪声去除不彻底的问题，提出一种面向弱语音分量保护的噪声存在概率检测机制。根据2k～4kHz频率范围内，噪声与弱语音能量分布的统计特性差别，对去噪后的信号再进行噪声检测，并消除存在的残余噪声。对比实验结果表明：当输入语音信噪比在[-5，10]dB范围时，本文算法与IMCRA算法相比，分段信噪比提高约3dB，分段误差降低约0.3，对数谱距离降低约0.2。特别当语音信噪比为-5dB时，本文算法仍然能将分段信噪比提高到-2.7995dB，表明算法对超低信噪比含噪语音有较强的去噪能力。本文算法在郑煤机最新研发的综采工作面对讲系统中实现了低功耗部署，芯片功耗约16.5mW～66mW；处理32ms帧长的语音帧耗时约16ms，达到实时性要求。

关键词： 低功耗   高压隔离   信号预处理  

摘要： 在超导线圈性能测试实验中，失超检测系统是探索超导线圈失超特性的主要装置。由于线圈失超时的直流高压会危害整个检测系统的安全性，且实验现场电磁环境复杂。为了确保检测系统的安全可靠运行，设计了一款低功耗且具备信号预处理功能的集成化高压隔离设备。该设备选用delta-sigma(Δ-Σ)调制器作为高压隔离器件并搭配STM32F103主控芯片、MAX292滤波芯片等模拟器件，实现对直流高压的隔离和对输入信号的预处理。设备通过RS485协议与上位机通讯，获取信号调理参数。

关键词： 有源电感   独立调谐   低功耗   低噪声  

摘要： 对传统电流复用结构有源电感进行改进，提出了一款具有低功耗、低噪声和电感值相对于Q值可独立调节的有源电感(LPLN-AI)。它主要由带有电压调谐端的增益增强型共源（CS）-共栅（CG）组合晶体管负跨导器(NT)、CS正跨导器（PT）、噪声抑制支路以及有源反馈放大器构成。其中，NT和PT以电流复用方式连接，既可实现电感特性、降低功耗，又可提高Q值；进一步地，在CG PT的栅端引入的噪声抑制支路减小了噪声；再者，有源反馈放大器嵌入到PT与NT之间的反馈路径中，进一步提高了Q值并补偿因电感值的调谐导致的Q值的变化。该LPLN-AI的上述电路拓扑结构，使得它不但在同一频率下电感值可以相对Q值独立调节，而且在不同工作频率下各个Q峰值可以保持基本不变，同时也具有较低的功耗与噪声。基于0.18 μm CMOS工艺进行验证，结果表明：在2.75 GHz下，电感值可在258 nH到469 nH范围内进行调谐，调谐率为83.7%，而Q值仅变化1.4%；在2.1 GHz、2.5 GHz和3.2 GHz的不同频率下，Q峰值分别高达327、329和328，而变化率仅为0.3%；在1 GHz和2.75 GHz下，噪声分别为2.99 nV/√Hz和1.74 nV/√Hz;直流功耗为0.96 mW。

关键词： 低功耗   物联网   云平台   抽水蓄能   施工期   安全监测  

摘要： 抽水蓄能电站大坝施工期间需要及时准确掌握施工环境中位移、倾斜、应力、应变、渗压渗流等物理量的变化，然而施工期监测过程中有供电、通讯不稳定、测点数目不固定等问题，并且施工期内可能出现的电缆损坏、设备损坏等异常情况。通过研究物联网、短距离无线通讯、云平台、低功耗管理、故障检测等技术手段实现全套的大坝施工期水工安全监测系统，监测系统由混合式采集模块、Lora通讯网关、云平台组成，可以有效解决大坝施工期监测遇到的问题，适合在大坝施工期自动化监测中实际应用。

关键词： 高电平移位   逻辑校正   低功耗   低延时   GaN驱动  

摘要： 提出1种带有逻辑校正功能的新型低延时低功耗的低电平到高电平的移位电路。该电路采用低延时电平移位电路与低功耗电平移位电路并行工作,在逻辑校正无误后将1.0~1.5 V的低电平转换为5 V的高电平,可广泛应用于GaN驱动电路中。基于0.5μm的BCD工艺,将1.5V的电源低压和5 V的电源高压在5 MHz频率下对该电路进行验证。结果表明,该电路虽版图面积有所增加,但上升和下降延时分别降低至2.3ns和1.8ns,总功耗电流仅为11μA。

关键词： CompCert   编译器   编译器重定向   龙芯架构   形式化验证的编译器   Coq  

摘要： CompCert是著名的C语言可信编译器,它借助于交互式定理证明工具Coq实现,能够确保生成的目标汇编代码保持源代码的语义,具有极高的可信度,近年来被广泛应用于学术界和工业界的许多安全攸关任务的研发工作中。CompCert编译器的当前版本支持多种目标机结构,然而目前尚缺乏针对国内自主研发处理器的版本,如龙芯(Loongson)处理器体系结构(LoongArch)。将CompCert重定向到龙芯等国产处理器,对我国安全攸关软件领域的发展大有裨益。本文对CompCert编译器的设计理念、框架结构和龙芯架构的特点进行分析,改造CompCert编译器的后端,使其可以生成能在龙芯处理器上运行的汇编代码,并细致阐述不同模块的工作内容。重定向到龙芯处理器的CompCert编译器具有接近GCC-O1的性能,可满足许多场景的使用。

关键词： NUMA架构   不平衡多线程   网络通信   延迟检测  

摘要： 针对不平衡动态多线程网络通信延迟检测不精准的问题,提出了NUMA架构下不平衡多线程网络通信延迟检测方法。引入通信进程性能降低比例,分析NUMA架构下的不平衡多线程网络通信延迟结构。计算不平衡多线程的网络通信延迟数据并行处理时间,确定静态、动态延迟路径。分析NUMA架构延迟节点组织形式,计算从发生时间到发送时间产生的延迟,并根据静态、动态信息帧检测相应延迟。由实验结果可知,所研究方法静态通信情况下的延迟时间最长为1.45 min,最短为0.5 min,与实际延迟时间一致;动态通信情况下的延迟时间最长为9 min,最短为3.1 min,与实际延迟时间仅存在最大为0.3 min的误差。

关键词： 无人机视频   多线程   并行处理   图像配准   非线性优化   闭环检测   累积误差   实时拼接  

摘要： 针对无人机视频流的实时拼接方法进行深入研究,提出一种多线程并行处理的无人机视频实时拼接方法,主要解决无人机视频流实时拼接问题。该方法充分利用计算机并行运算的特点,将视频实时拼接工作分解成多线程工作模式,主要由图像配准线程、非线性优化线程、闭环检测线程、图像拼接线程组成,其中图像配准线程实现对视频关键帧的自适应提取和配准,包括特征点检测、特征点匹配、图像粗配准;非线性优化线程完成对拼接参数模型的动态优化以最小化配准误差,及时修正实时配准引入的误差;闭环检测线程检测当前帧与历史帧存在的闭环图像对,通过闭环图像对进行非线性全局优化以最小化全局配准误差;图像拼接线程则根据优化后的配准参数动态生成拼接影像。通过4组实验数据验证了该方法的有效性和实用性,能有效消除多帧拼接的累积误差,实现对无人机视频流的实时拼接。

关键词： eSeis Neo   无线节点   采集系统   高精度   低功耗   驯钟  

摘要： 新一代eSeis Neo无线节点采集系统具有性能稳定可靠、功耗低、适应性强、操作简单、价格低廉等特点。该仪器通过全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)驯钟技术提高了采集系统与激发源的同步精度。高精度32位AD(analog-to-digital)转换芯片保证了节点能够精确采集到保真的地震信号。无人机质控功能弥补了无线节点"盲采"的短板。低功耗采集站、高性能的锂铁电池、超大的采集站内存保证了节点野外超长的工作时间,施工中节点系统可在常温下连续工作25 d以上。