关键词： DOTMIX   DOTMIX-Pro   Dynamic multithreading   Pseudorandom number generator   Square hash  

摘要： Many concurrency platforms offer a processor oblivious model of computation, where the scheduler dynamically distributes work across threads. While this is convenient, it introduces non-determinism at runtime, which complicates debugging, because a program may have different outputs after each run. Leiserson et. al. [PPoPP '12] persuaded Intel to modify its C/C++ compiler, which provided the Cilk Plus concurrency platform, to include a feature called pedigrees, which enables determinism by uniquely identifying strands with low overhead. They used pedigrees to design a DPRNG called DOTMIX, which hashes a pedigree, then mixes the result into a random number for a given strand. Improving the efficiency of DOTMIX by using a faster hash function is an open problem put forth by Leiserson et al. [PPoPP '12]. We address this problem by introducing DOTMIX-Pro, which replaces the compression function used in DOTMIX with a faster universal hash function family called Square Hash due to Etzel et al. [CRYPTO '99] and some of its variants, as well as other optimizations, which can be up to 31% faster. Additionally, we introduce a generalization of Square Hash which works with arbitrary moduli.

ISBN: (纸本)9787111698586

摘要： 本书涵盖多线程编程的核心库、方法和原理，并深入高并发本质，可帮助读者解决高并发环境下的业务瓶颈。本书具体内容如下。第1章讲解Java多线程的基础知识，包括Thread类的核心API的使用。第2章讲解在多线程中对并发访问进行控制的方法。第3章介绍线程间的通信与交互细节。第4章介绍并发访问时的同步处理实现。第5章剖析定时器Timer类的内部原理。第6章介绍单例模式下多线程的全面解决方案。第7章对前面遗漏的知识点进行补充。第8章介绍并发集合框架，几乎涵盖所有主流的并发集合工具类。第9章详解线程池的使用，包括ThreadPool构造方法参数的特性以及其他常用API的使用等。

关键词： 加速度传感器   监测   机械能量   低功耗   压电  

摘要： 随着电路集成能力的提升,微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)得到不断发展,同时各种传感器设备应运而生,其中加速度传感器是一种可广泛应用于室外、野外监测和分布式传感的倾角测量传感器,但使用传统电池/有线电源作为供电系统的局限性大大限制了其应用领域,尤其对工作在室外/无稳定电源供给环境中的传感器设备来说,更是直接增加了人力物力成本且大大降低了这些设备的使用范围。基于机械能量收集的传感器系统利用现场机械振动装置收集当地能量并驱动低功耗传感器工作,可有效克服传统电池/有线电源能量供给的局限性,成为目前分布式监测领域亟需解决的关键技术问题。通过对现有的能量收集与传感驱动技术进行研究和对比,本文选择以机械能量为收集对象,以压电效应(Piezoelectric Effect)为能量转化方式,以检测静态基础建筑设施倾角为应用场景,研究MEMS加速度传感器的感测模式与驱动检测能量耗散模式,设计了一套能收集并利用机械能量的低功耗加速度传感系统,并从能量管理技术和分布式加速度参量感测软硬件设计两大方面,实现无电池电源供给下的自供电倾角参数分布式监测功能。本文内容具体为:对机械能量收集技术进行简述并深入研究了加速度传感器工作原理和传感驱动机理,并建立了振动能量收集模型,同时研究了压电能量收集技术,在压电理论的基础上建立了机电转换的等效电路模型;将锆钛酸铅压电陶瓷制成压电振子并搭建起悬臂梁换能装置,对制备的压电换能装置的输出性能和基于LTC3588的低功耗电源管理电路进行了测试,测得稳定输出3.3 V直流电压,实现储能介质充电时间为4 min;并对设计的低功耗加速度传感系统的测量精度进行了优化,测试结果表明优化后的加速度传感系统能够实现长期稳定输出,且能获得高精度加速度数据;测得系统发送数据的功耗约94.35 m W,接收时功耗约52 m W;最后对系统整体进行12小时测试,验证了系统在每5 min间歇工作模式下能采集精度为0.01 g的加速度值。所完成工作对物联网检测平台及分布式监测系统研制提供了理论基础和应用方案。

摘要： 近日，上海复旦微电子集团股份有限公司推出了低功耗超宽电压 FM24LNXXX 系列 I2C 串行 EEPROM 存储器，可满足 CCM、白电、电表仪器、5G 通讯、车载等相关应用领域的应用需求。该系列首批容量包含 FM24LN64 （64Kbit） 和 FM24LN128（128Kbit）两个型号。产品支持 1.1 V～5.5 V 超宽工作电压范围，温度覆盖 -40 ℃～+85 ℃，全电压范围内均支持 400 k Hz/1 MHz 工作频率，5.5 V 下典型待机电流小于 1 uA，读写电流不超过 0.8 mA，产品满足 400 万次擦写次数和数据保存 100 年的高可靠性要求。此外，

关键词： 近阈值   低功耗   标准单元库   环形震荡器   ALU  

摘要： 伴随着国家对集成电路产业的越发重视,集成电路设计的发展越来越快,尤其在物联网类应用中,其中大量运用到集成电路设计。随着物联网智能电子产品的发展,其所具有的功能越加复杂,产品越加精巧,但为其所供电的电池却并没有重大突破,因此为了让这些智能电子产品具有可观的续航能力,低功耗集成电路设计就显得至关重要。并且为更好的满足很多低速、低功耗的物联网类应用,设计一套符合其标准的数字标准单元库,就显得意义非凡。本文基于国内商用XXXnm工艺设计了一套全定制的近阈值超低功耗数字标准单元库,并成功流片。本文的设计运用电源电压缩放和凹凸阱技术,在已有的电路基础上做出结构调整和尺寸改进,以达到低速低功耗的设计目标。同时也完成了用于测试标准单元性能的验证芯片。本文设计的测试芯片主要从器件、单元和电路这三个方面对所设计的标准单元进行评估。从后仿真和实际测试结果来看,器件方面,通过比较MOS管阵列后仿真结果和所测得的I-V特性曲线发现,发现使用匹配LOD效应的MOS管阵列中的MOS管偏向SS工艺角;单元方面,通过比较5种不同基本逻辑单元所构成的环形振荡器的后仿真结果和所测得的输出结果发现,基本单元的性能和功耗基本符合设计目标中对低速和低功耗的要求;电路方面,通过比较分别使用商用和本文所建立的标准单元库进行设计的ALU(Arithmetic and Logic Unit)数字电路的仿真结果可知,对比处于同在亚阈值电压0.65V下的商用标准单元库而言,使用本文设计的低功耗标准单元库,其电路中的总功耗降低25.8%左右。

关键词： 低功耗   人脸检测   硬件加速器   Retina Face算法   模型压缩  

摘要： 基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的人脸检测算法可以实现高精度人脸检测,然而边缘设备多采用电池供电,且处理器算力低,功耗一般控制在毫瓦量级以支持较长时间的供电,难以支持CNN庞大的能量消耗和计算需求,因此,人脸检测采用软件实现在边缘设备上变得不可行,设计低功耗硬件加速器具有实际应用价值。本文目标是设计一个支持QVGA(Quarter Video Graphics Array)分辨率的低功耗人脸检测硬件加速器,处理速度达到30FPS(Frames Per Second),功耗小于5m W。本文对基于CNN的人脸检测算法及其硬件加速方法展开了深入研究,针对目前先进的高精度且轻量化的Retina Face人脸检测算法,完成了低功耗硬件加速器的设计。在算法层面,压缩Retina Face算法:将Leaky Re LU激活函数替换为Re LU函数增加了33%的激活稀疏性;融合批量归一化层避免了复杂的浮点计算,减少了中间数据的搬运次数;将训练后的全精度网络量化为8bit精度,后处理定点化为16bit精度,实现了定点网络推理,参数规模和计算复杂度减少了3/4。压缩后的算法在FDDB数据集上的准确率为94.6%,量化损失为2.7%。在硬件层面,使用SCALE-Sim仿真模拟器在基线架构设计上进行了设计空间探索;为标准卷积和深度卷积设计了专用卷积阵列,并以流水线的方式调度,减少了28%的推理时间和45%的全局缓存访问;内存系统设计实现了不同维度的数据复用,将片外访存量由5.5MB减少到418KB,将输入激活的全局缓存访问量从17.6MB减少到1.7MB,极大的减少了片外和片上的访存能耗;激活和权重的高效存储和映射方案,增加了存储空间利用率,降低了带宽需求。本文的人脸检测加速器基于TSMC 22nm工艺综合并完成门级仿真验证。在40MHz主频工作时,每秒可处理47张QVGA分辨率的图像,有效吞吐率为17.4GOPS。考虑金属连线寄生电容的功耗后,加速器功耗为2.81m W,能效为6.19TOPS/W,平均每个像素的处理能耗仅为0.78n J,达到了预期目标。

关键词： 嵌入式操作系统   内存管理   符号执行方法   多线程   性能测试模型  

摘要： 随着计算机软硬件的快速发展,物联网产业高速发展,已经渗透进我们生活的方方面面,而嵌入式操作系统作为嵌入式设备的系统软件,它的安全性和可靠性是嵌入式设备重点关注对象。与通用操作系统相比,嵌入式操作系统对资源的利用率更为敏感,对时间要求也更为严格,要保证一定的实时性、可靠性。内存管理是嵌入式操作系统的重要组成部分,对内存管理进行性能测试有助于分析整个系统的性能好坏。本文提出两个面向不同场景的内存管理性能测试模型,双线程测试模型和多线程测试模型,并在此基础上给出通用内存管理测试框架,可以在这个框架下对内存管理进行性能的多方面测试。针对嵌入式系统的应用场景多样性,设计实现自动数据集生成工具和自动数据分析工具。由于系统内存管理实现的技巧性,我们有针对性地在现有的符号执行工具KLEE的基础上,添加前置处理工具,能够让KLEE生成符合嵌入式内存管理算法要求的性能测试数据集,从而让整个框架更为自动化。针对Zephyr嵌入式实时操作系统,我们对Buddy、TLSF、DLSF三种内存管理算法进行了性能检测,并在多场景下对时间、碎片等性能进行综合分析,结果发现TLSF在时间性能上表现最好,DLSF在内存内碎片的表现最好,在部分场景中,DLSF有最少的内存分配失败次数。此测试结果和实际情况一致,说明该性能测试框架具有一定的应用价值。不同于其他内存管理性能测试模型,我们将线程调度对于内存管理的运行影响考虑进去,从系统整体的角度分析内存管理模块在系统中的表现;使用自动生成的多场景数据集对不同的内存管理进行性能分析,使运行数据之间可以进行横向和纵向的对比,让结果更具有参考性和全面性,且有较高自动化性。本文的具体研究工作包括:1.提出并实现基于KLEE的自动化性能数据集生成工具由于嵌入式内存管理算法通常会引入辅助数据结构,例如位图,会导致路径检索变少,使生成的测试用例在性能测试中价值较小。本文在符号执行理论的基础上,针对内存管理性能测试的目的特性,在现有的KLEE工具的基础上,添加前置处理方法,能够生成符合要求的性能测试数据集。2.设计并开发双线程和多线程内存管理性能测试模型通过将线程调度添加到性能测试过程,提出双线程和多线程测试模型,从而将因内存碎片导致的内存申请失败引发的多个线程的上下文调度的时间消耗作为惩罚引入到内存管理的性能表现中。3.提出并生成嵌入式内存管理性能测试框架本文在提出的基于KLEE的自动数据集生成工具和两个测试模型的基础上,构建了 一个嵌入式内存管理性能测试框架,这个框架集合数据集生成工具、测试模型、数据分析工具等多个部分,可以通过配置文件来实现较高的自动化测试,从而对内存管理有一个多方面的性能分析,并且多个算法之间能进行横向对比。

关键词： 流水线逐次逼近型模数转换器   高速   低功耗   亚稳态   比较器  

摘要： 大数据时代为了满足高速的信号传输,数据中心一直保持着对有效位数不低于5位、采样率为56GS/s时间交织模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的需求,此ADC通常采用6-8bit高速单通道ADC进行几十条通道的交织来实现。考虑ADC多通道的失配和功耗,单通道ADC追求高采样率、高有效精度和低功耗。流水线逐次逼近型模数转换器(Pipeline SAR ADC)以其兼顾三者的结构特点,在中等精度高速ADC中被广泛使用。针对数据中心的应用场景,本文设计了一款8bit 1.2GS/s的电压域Pipeline SAR ADC,该ADC使用开关进行余量电压的高速无源传递。其系统架构分为两级,分别实现4bit和5bit的数据量化,设置了1bit的级间冗余。在第一级SAR ADC中,采用减小电容耦合的栅压自举开关电路以保证采样开关的线性度;分析了高速动态比较器中的回踢噪声和记忆效应,在此基础上对电路进行改进,加入PMOS尾电流管和交叉耦合的Dummy管,在复位时将输入管的源端电压抬为VDD,加快比较器的复位。级间采用时钟电压倍增电路控制开关管,在输入小信号的情况下相比栅压自举开关提高了采样速度,并设计了相应的共享数字控制逻辑。在第二级SAR ADC中,由于采样信号幅值较低,提出了一种高速低噪声动态比较器,并设计了亚稳态检测和校正模块。仿真结果表明,比较器引入少量延时的情况下显著降低了等效输入噪声,并进行有效的亚稳态校正,确保了第二级SAR ADC的精度与线性度。为了降低比较器失调的影响,设计了电荷共享式的前台失调校准方案,降低比较器的绝对失调且避免引入额外的校准时间。本文基于TSMC 28nm CMOS工艺,设计了电路与版图。后仿真结果表明,1V电源电压,1.2GS/s采样率,在TT工艺角下奈奎斯特频率输入时有效位数(ENOB)可以达到7.61bit,无杂散动态范围(SFDR)为56.9d Bc,功耗为3.26m W,后仿真结果满足了设计指标。

关键词： MASH ADC   高精度   低功耗   浮动反相放大器   相关电平偏移  

摘要： 作为当今社会发展热点,物联网设备正在逐渐融入人们生产生活各个方面,使得智能传感器越来越普及。作为其中的核心器件,ADC的需求量在逐渐上升。考虑到其严苛的电源环境,ADC的低功耗设计显得尤为重要;同时,为了满足分辨率需求以及适应复杂的应用场景,ADC的信噪比以及PVT稳定性要求也越来越高。ΔΣADC适用于高精度、低功耗场合,通过过采样与噪声整形技术,可以有效降低带内噪声。更高的阶数具有更好的噪声整形效果,但也具有更容易饱和的缺点。MASH ADC可以在相对低阶的环路稳定要求基础上,实现更高的信噪比。本文结合传感器应用领域低功耗、高动态范围的设计要求,研究和设计了低功耗2-0 MASH ADC。论文设计的2-0 MASH ADC采用数字前馈型结构。第一级ADC采用SAR ADC作为前馈支路量化器,其输出结果与比较器输出结果相结合,作为第一级ADC的量化结果,这种数字前馈结构实质是Zoom ADC。此时,反馈DAC变为多bit。这有利于减小积分器信号摆幅并减小功耗。在电路层面,本文创新地提出了一种动态体偏置辅助的相关电平漂移技术,在仅采用一个供电电容条件下,将单级浮动反相放大器的直流增益提高到66d B以上。本文提出的2-0 MASH ADC采用TSMC 55nm CMOS工艺,芯片核心面积为0.136mm,信号带宽为1k Hz。测试结果表明芯片在1.2V电源电压下,功耗为2.87μW,在278.5Hz、-1.9d BFS输入时,测得的SNDR、SNR和SFDR分别为94.0d B、95.8d B和99.8d B,实现了高达179.4d B的Fo M和182.3d B的Fo M。同时,在电源电压变化的情况下,可以保证相对稳定的工作。

关键词： 矢量调制移相器   低误差   低功耗   宽带   变压器  

摘要： 移相器是相控阵系统中重要的电路模块,其性能对相控阵系统的整体性能有着巨大的影响。本文对硅基CMOS矢量调制移相器的低误差、低功耗和宽带技术展开研究,设计并仿真了三款移相器。主要研究内容和创新点如下:1、提出了高精度尾电流加减法运算电路。引入MOS管栅极自适应偏压,保证电流加减法运算的精度,在降低移相器相位误差的同时,简化了移相编码复杂度;引入电流缩放,降低了由于电流加减法运算而引入的功耗。基于上述电流加减法运算电路,设计了一款6-bit低增益相位误差数字移相器,其均方根(root mean square,RMS)增益误差小于0.305dB,RMS相位误差小于1.75°。2、提出了两层MOS管结构的矢量调制器。将传统矢量调制器中用于开关控制和提供尾电流的MOS管合二为一,降低了矢量调制器的功耗;提出了一种尾电流偏置电路,采用互补PMOS电流阵列,通过互补开关控制逻辑,使得64个移相状态下,输出尾电流之和为定值,从而实现了移相器的增益恒定;引入电流交换开关和象限选择开关,实现了一组电流状态到八组移相状态的扩展,简化了移相编码复杂度。基于上述电路,设计了一款6-bit低功耗数字移相器,移相器的RMS增益误差小于0.125dB,RMS相位误差小于1.18°,功耗4.58mW。3、提出了基于开关管放大器结构的矢量调制器。引入互补开关管放大器,降低了 64个移相状态下矢量调制器输入阻抗的变化,从而降低了阻抗变化对正交信号精度的影响;通过选择性导通不同宽度的开关管放大器,改变正交I/Q信号的增益,从而完成对信号的移相。基于此矢量调制器结构,设计了一款6-bit Ku波段宽带数字移相器,其RMS增益误差小于0.245dB,RMS相位误差小于1.76°。4、分析并推导了使用变压器进行宽带匹配的两种设计方法,并基于此两种方法设计了两款变压器输入和输出巴伦,实现了良好的输入输出匹配。