关键词： 异构众核   编译系统   编程模型   存储层次   向量化   节点合并   访存优化  

摘要： 异构众核架构具有超高的能效比,已成为超级计算机体系结构的重要发展方向.然而,异构系统的复杂性给应用开发和优化提出了更高要求,其在发展过程中面临好用性和可编程性等众多技术挑战.我国自主研制的神威新一代超级计算机采用了国产申威异构众核处理器SW26010Pro.为了发挥新一代众核处理器的性能优势,支撑新兴科学计算应用的开发和优化,设计并实现面向SW26010Pro平台的优化编译器swLLVM.该编译器支持Athread和SDAA双模态异构编程模型,提供多级存储层次描述及向量操作扩展,并且针对SW26010Pro架构特点实现控制流向量化、基于代价的节点合并以及针对多级存储层次的编译优化.测试结果表明,所设计并实现的编译优化效果显著,其中,控制流向量化和节点合并优化的平均加速比分别为1.23和1.11,而访存相关优化最高可获得2.49倍的性能提升.最后,使用SPEC CPU2006标准测试集从多个维度对swLLVM进行了综合评估,相较于SWGCC的相同优化级别,swLLVM整型课题性能平均下降0.12%,浮点型课题性能平均提升9.04%,整体性能平均提升5.25%,编译速度平均提升79.1%,代码尺寸平均减少1.15%.

关键词： 物联网   输液泵   便携   低功耗   智能化医疗  

摘要： 为实现医院输液治疗的集中化管理以及家庭输液治疗的可移动式支持,本研究采用物联网技术和超声波检测技术,通过多点位压力传感器、WiFi和蓝牙模块及半挤压式蠕动泵结构,开发设计了一款智能化便携式输液泵,能按照设定参数进行精准调控输液状态,可实现堵塞、气泡等故障的实时检测,并具有智能语音报警提醒功能。该输液泵的设计集高精度、高灵敏度、低功耗和高便携性等特点,适用于医院内外患者的不同输液情况,提高患者的就诊安全性和舒适度,符合构建以物联网为基础的智能化医疗系统的趋势。

关键词： 电路设计   振荡器   低功耗   快速启动   动态调整  

摘要： 阐述一种低功耗快速启动24MHz晶体振荡器电路,该电路通过对晶体输出管脚振荡幅度的峰值检测,将检测结果和一个参考电压进行比较,实现对晶体振荡器的偏置电流动态调整,从而达到控制晶体振荡器振荡幅度的目的。仿真和测试结果表明,该晶体振荡器启动时间小于1ms,整个电路消耗的电流可以控制在260μA以内。

关键词： 远距离通信   无线通信技术   环境能量   森林生态环境   电源管理功能   无线监测   监测功能   火灾预警  

摘要： 本文设计了一种具有电源管理功能的低功耗监测系统,能够实现对收集到的环境能量进行升压储能,实时监测温度、振动、红外、磁场等参数,通过数据分析识别出火灾预警与野生动物活动信息,实现森林生态环境监测功能。整个系统采用LoRa无线通信技术,能够远距离通信并且长时间稳定工作。

关键词： 物联网   低功耗   微控制器   新型隧穿器件  

摘要： 基于隧穿场效应晶体管(TFET)器件的低功耗微控制器设计将器件、电路和系统结合,利用具有超低亚阈值摆幅特性的器件使得电路在非工作情况下达到极低泄露功耗,避免了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件亚阈值摆幅理论极限带来的功耗瓶颈,解决了目前对电池供电设备中微控制器的低功耗需求问题。TFET器件与传统MOSFET器件在工作机理上差异较大,主要体现在关断后具有更低的泄露电流,可以在更低的电压下工作,适用于长休眠电池供电低功耗需求下的物联网应用场景设计。该文调研了近年来TFET器件在低功耗电路设计方面的研究,介绍了传统微控制器的结构以及功耗来源,同时阐述了TFET器件的工作原理、特性以及设计挑战,在数字电路、模拟电路以及系统设计各领域考察了TFET器件的研究发展进程,并对各设计方案进行了优劣势分析,结合文献调研分析了TFET器件在低功耗微控制器设计领域的未来展望。

关键词： 复合能量收集   自供电   胎压监测   低功耗  

摘要： 设计与制作了一种用于胎压监测的自供电系统,主要利用压电-光电复合能量收集装置及相匹配的能量管理与存储电路采集轮胎转动的机械能和自然界光能。实验测试表明:光电能量收集器在弱光环境下输出功率最低327μW,压电能量收集器在正常车速情况下平均输出功率为452μW,而复合能量输出平均功率达到1.32 mW。同时对胎压监测系统进行功耗分析,从能量收支平衡的角度验证监测系统10 s钟工作一次的可行性,利用轮胎转动的机械能与太阳能复合互补供电的胎压监测系统可长期自我维持,无需额外电池或备用电源,具有一定的应用参考价值。

关键词： 5G通信系统   低功耗电源   动态电源管理  

摘要： 文章针对5G通信系统面临的高功耗挑战,提出一种集多项前沿技术于一体的低功耗电源解决方案。该方案融合了高效率电源转换电路、动态电源管理策略以及能量回收技术,通过全方位优化控制系统的供电和能耗,在保证通信性能的前提下实现了显著的节能增效。仿真与实验结果表明,与传统方案相比,文章设计的低功耗电源系统可使能量效率提高46.7%,有效降低电源纹波噪声,具备优异的节能特性和供电质量。

关键词： 运行时验证   形式化规约   多线程   无锁队列   C语言程序  

摘要： 运行时验证是一种动态的软件验证技术,主要包括使用形式化规约描述待验证性质、自动生成对应监控器以及监控器的插桩.然而现有的面向C语言程序的运行时验证技术存在一些局限性,主要体现在多监控器的情况下,现有的运行时验证工具只能使用串行的方式处理,这大大降低了验证效率.因此,本文在分析了形式化规约的基础上,提出了一种基于无锁队列的运行时多线程并行验证方法.方法在现有工具MOVEC上实现并在测试集mibench上插桩运行,并与相关工具ACC、AC++和串行机制下的MOVEC进行了对比实验.实验结果表明,本文所实现的基于无锁队列的运行时多线程并行算法可以在有多个监控器的情况下有效地对C语言程序进行并行的运行时验证,且并行验证算法的性能比串行验证算法提升了约83%.

关键词： LoRa   多传感器   低功耗   数据采集   信道切换   分时复用   轮询  

摘要： 针对LoRa多传感器低功耗采集中同信道传感节点无效唤醒的问题,提出一种基于空中唤醒策略与信道切换机制相结合的低功耗采集方法。通过将LoRa通信链路划分为多个通信信道,不同信道分时切换复用,实现多传感节点的分组通信,避免从传感节点的无效唤醒,在有限信道容量下最大限度地降低从节点的通信功耗;并制定了LoRa局域网传感器通信指令协议,实现了多传感器的低功耗主动轮询采集、定点调试与预警上报。实验结果证明了所提方法的有效性。

关键词： 海流计   时差法   低功耗   三维流速   超声换能器  

摘要： 声学时差海流计具有高精度、高采样率、无盲区和不受海洋散射条件限制的优点,目前国内尚无时差海流计系统样机以及核心部件(四声道双晶换能器)的报道。为了实现对海洋矢量流速的长期精确测量,设计并研制了基于时差法的低功耗超声波三维海流测量系统,构建了四声轴三维矢量流速测量模型,通过有限元仿真设计并制备了小体积异形异构V形双晶换能器。系统采用低功耗STM32L431和MSP4306288为主控芯片,由TDC-GP22高精度时间测量模块、换能器驱动电路、低功耗放大滤波电路、SD卡存储模块等组成测量电路,通过测量换能器4个声轴上的超声波飞行时间差,得到海水的三维矢量流速。系统采用低功耗硬件系统设计,配合软件低功耗管理降低系统功耗。经实际测试,所研制的三维海流测量系统具有测量准确、低功耗、存储方便等优点。