关键词： Java   多线程   学习思路  

摘要： 本文分析Java多线程的传统学习思路的利弊,并介绍基于多线程执行机理的学习思路以及优势分析,为初学者学习多线程提供更为合理的途径。

关键词： Electrical engineering  

摘要： The world embraces the dawn of 5G implementation, and there is much work to be done. Companies, researchers, engineers, and many more posterities of people are pressing into high-frequency ranges, which presents a plethora of challenges. In the Radio Frequency Integrated Circuit Design (RFIC) field, dividers have received widespread interest. A frequency divider is a pivotal component of a Phase Lock Loop (PLL). The frequency divider is the feedback portion of the PLL, which receives the open-loop output. Thus, frequency dividers are the point of interest in this thesis. A frequency divider takes the input signal and divides it for reduced frequency output. Bandwidth is expensive; therefore, being able to reduce the frequency channels is of significant importance. The frequency divider reduces the frequency channels distance of a PLL, which is a significant factor when trying to return the open-loops output signal into the original reference frequency of the oscillator. Finally, a tunable divider would make this even more ideal. Being able to divide input frequencies by integer or fractional values would enable more applications for the finished PLL product.

关键词： 单总线通信协议   电压参考源   低压差线性稳压器   电荷泵   低电压   低功耗  

摘要： 在单总线通信协议下,主机和从机之间只用一条线进行通信,这根线既要充当信号线,又要充当电源线。在通信状态时,这根线不能一直为高电平,在有的时间段内会被切换到低电平,该时间段内芯片内部电路没有供电输入,只能由存储在电源电容上的电荷给电路供电,这样,对于内部电路来说,其输入电源就会发生掉电。信号线保持下拉的时间越长、内部电路功耗越大,电源电压将掉电越多。当电源电压值过小时,其所驱动的电路性能将变差,有的甚至无法工作,这就需要芯片内部电路模块采用低压低功耗设计,以保证电路即使在输入电源掉电情况下也能够正常工作。论文针对单总线通信协议下的打印机耗材芯片,就其内部三个常见的与电源管理相关的电路模块:电压参考源（Vref）、无大电容低压差线性稳压器（LDO）、用于FLASH或EEPROM浮栅管擦写所需的高压电荷泵（Pump）,提出了在2V～3.3V变化的电源供电下,也能正常工作的低功耗设计方法,具有较强的实用价值。电压参考源的设计选用电流模求和的带隙基准电压参考源结构,输入电压限为1.3V,小于最低输入电压2V;运放电路采用无偏置电路的单级运算放大器,减少了电路的支流条数,降低了电路的功耗。LDO采用PMOS型功率管架构,保证了电路在2V的低输入电压下也能实现1.5V的稳压输出;运放电路同样采用无偏置电路的单级运算放大器,并采用简单的密勒电容补偿法保证环路的稳定,减少了电路的总支流条数,使电路的功耗得到降低。电荷泵采用基于Dickson电荷泵架构下的优化CTS结构,消除了二极管在每级的阈值压损,提高了升压效率;级数采用2V输入电压下的最低功耗级数设计,保证低输入电压时也能有18V的高电位输出;并采用控制时钟驱动电路的开启与关断进行稳压,减少了时钟驱动电路的功耗。实现了三个模块各自的低压低功耗设计。论文采用Cadence Spectre仿真器,基于华虹宏力HHgrace 0.13um 3.3V FLASH工艺模型（tt）,对电路进行仿真。电压参考源,温漂系数为10ppm/℃,低频电源抑制比51.5d B,静态电流7.5μA,和传统的结构相比,静态降低约28%。LDO输出电压1.5V,低频电源抑制比83d B,负载电流在10μS内跳变5m A的情况下,瞬态响应良好,静态电流11μA,与传统架构相比,降低约21%。电荷泵输出电压18V,在2V最低输入电压下,驱动负载电流为2μA时,建立时间57μS,纹波电压小于400m V。

关键词： 生猪养殖   传感器   LoRa   低功耗   数据监测  

摘要： 我国是生猪养殖大国,但不是生猪养殖强国,自动化、智能化养殖技术是提高我国生猪养殖水平的发展方向和关键技术之一。智能无线耳标安装在动物耳朵上,通过传感器采集生猪的生命体征数据,并利用无线通信上传到服务器,实现了生猪重要养殖数据的自动采集,是智能化养殖的关键技术之一,得到了人们的广泛关注。然而,目前研究和使用的耳标功能单一、无线通信能力弱、功耗大,无法满足智能养殖的实际需求,迫切需要设计一种新的具有智能感知能力和远距离无线通信能力的低功耗智能耳标。本文在分析现有心率传感技术和远距离无线通信技术的基础上,设计了一种新的无线耳标传感器,并对其硬件、主要算法和网络通信协议进行研究,具体研究如下。(1)在分析体温传感技术、心率传感技术和远距离通信技术的基础上,设计了一种多参数体征无线传感器,主要研究了多种传感器,如体温、心率血氧、运动等传感器,主控芯片的集成与数据接口,LoRa通信模块的数据通信,以及传感器的低功耗优化设计。对优化后的电路进行性能测试,休眠电流降至1μA左右。(2)采用时域与傅里叶频域变换两种方法,对比研究了心率的计算方法效率与精度,研究结果表明,频域变换计算心率具有更高的计算精度与效率;研究了三轴加速度变化与运动模型的关系,提出了一种阈值判断运动模态的方法。(3)对Lo Ra协议进行分析,优化节点与网关之间的通信算法,采用OTAA模式入网和Class A通信模式,借助Lo Ra网关完成对数据的上传,并对Lo Ra的通信距离进行测试,最长可达1000米左右;对设备休眠机制进行策略优化,实验结果表明,200m A·h电池条件下最长可工作42天左右。

关键词： 多线程程序   数据竞争检测   采样技术   预竞争检测  

摘要： 随着多核硬件的广泛普及,多线程编程技术也被应用到计算机领域的各个方面,多线程编程技术能够更加充分的利用多核众核设备的超强计算能力,在同一时间执行多项任务,还可成倍加速某些任务,特别适用于某些需要快速响应用户操作的任务。但多线程程序在执行过程中会产生大量可能的交错,执行顺序具有极大的不确定性,导致严重的并发错误,数据竞争是一种具有高度破坏性的并发错误。数据竞争会导致数据损坏、内存泄漏、程序崩溃或不正确的执行等现象。当多个线程同时访问同一共享变量,至少存在一次写访问操作时,会引发数据竞争。由于无序的线程交错,在调试过程中数据竞争会随机出现或消失,查找和重现它们异常困难。因此,检测出数据竞争错误是提高并发软件可靠性和安全性急需解决的问题。国内外研究人员已经提出了许多静态和动态程序分析技术来检测数据竞争。然而,在检测开销、精度、覆盖率、速度等方面还有改进的空间。文中提出一种基于优化的FastTrack算法和锁模式相结合的动态混合数据竞争检测算法AsampleLock。该算法利用采样技术,监控同一时刻同时运行的来自并发线程的函数对;通过预竞争检测获得真正涉及数据竞争的内存访问对;为了降低算法受线程调度的影响,AsampleLock算法采用nolock-hb关系来判断访问事件的并发关系;采用map记录所有共享变量的读写信息,并结合锁模式进行动态数据竞争检测,在减小竞争检测分析开销的同时减少漏报率和误报率。基于上述方法实现了数据竞争检测系统AsampleLock,选择基准测试集PARSEC进行评估此系统,并与FastTrack、LiteRace、MultilockHB工具进行对比分析,实验结果表明AsampleLock的时间开销与FastTrack相比,整体平均降低了7%,文中系统数据竞争检测率与LiteRace和FastTrack相比分别增加了38%和23%。

关键词： 低功耗   微处理器   DSP   存储器   物理设计  

摘要： 随着集成电路的迅速发展,功耗的指标要求变得越来越高,现在已经是与性能和面积同时需要重要考虑的设计指标。特别是微处理器方面,因为微处理器的电路执行控制部件和算术逻辑部件运算比较频繁,会造成很大的功耗,如何降低微处理器的功耗也是近几年比较热门的研究课题。本课题主要基于微处理器芯片的低功耗技术进行了研究。低功耗技术在芯片设计的各个阶段都会涉及,本课题在系统的设计以及版图实现的阶段都应用了低功耗技术。本课题是基于X型DSP（Digital Signal Processor）的微处理来进行各种低功耗处理。在微处理器上,一般情况下,数据逻辑电路、存储器电路以及时钟网络这三大部分会造成很大的功耗。降低功耗首先考虑降低微处理器的工作电压,本文通过LDO（Low Dropout Regulator）分压进行对内核电压的降低来降低功耗;再在系统的设计上应用时钟的低功耗管理技术,通过CPU配置寄存器使低功耗模块工作来控制各个时钟模块,并设计了三种低功耗模式IDLE模式、STANDBY模式以及HALT模式来关断不工作的空闲时钟从而降低功耗;最后在存储器上进行了低功耗设计,为了使访问更加有效率,减少不必要的访问,本文设计对SRAM和ROM这两个存储体进行分块处理,存储器进行分块的低功耗设计,只需访问需要访问的块,不需要访问的块就不用驱动,因此会减少冗余翻转,从而降低功耗。上述前端设计完成之后,对X型DSP进行低功耗的物理设计,使用了含有多阈值电压单元的标准单元库,在关键路径使用低阈值电压单元满足时序,非关键路径用高阈值电压的单元来降低功耗。在微处理器版图的布局上,尽量把宏单元模块摆放在边缘,与IO信号相关的逻辑单元应放置于IO Pad附近;电源网络的规划上,宏单元模块多添电源条数;因时钟网络的翻转率比较高,选用电容小的金属层进行布时钟网络线等。通过从前端设计到后端的物理实现应用一系列低功耗技术,本文所设计微处理器芯片的功耗比国外同类型芯片降低了35%。最后,进一步对芯片进行低功耗的改进,重新对SRAM和ROM进行地址重组的优化,使频繁访问的地址集中在一个小的模块中,避免驱动大面积的存储体,从而达到节省功耗的目的,通过此改进,得到了功耗优化后的Y型DSP比上一版功耗又降低了11.3%。

关键词： 温湿度传感器芯片   Sigma-Delta模数转换器   数字降采样滤波器   半带滤波器   低功耗  

摘要： 随着第5代通信技术的蓬勃发展,物联网产业愈来愈受到关注,产业发展前景越加良好。传感器技术在整个产业中扮演了十分关键的角色,传感器广义上将真实世界与数据世界连接起来,由于诸如降低功率的要求,用于存储信号数据的空间较小的限制和在数字域中进行数据处理的容易性等特征,使得现实世界的模拟信号需要被转换成其等效的数字形式。而数据转换器是模拟信号和数字信号之间的通道,因此,模数转换器(Analog to digital,ADC)在传感器网络的设计中具有重要意义。其中基于过采样和噪声整形技术的Sigma-Delta ADC转换器因为其具有高效架构和易于实现的特点成为ADC的绝佳选择。本文基于0.28μm标准CMOS工艺,按照专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit,ASIC)的流程设计实现了应用于温湿度传感器芯片中16位Sigma-Delta ADC中的数字模块。主要包括I2C接口模块,寄存器模块,逻辑控制模块以及滤波器模块。片外可通过I2C接口对寄存器模块中的寄存器进行读写操作;逻辑控制模块接收寄存器模块的控制位,产生模拟ADC模块所需要的相关控制信号;滤波器模块接收ADC的采样时钟和采样数据,进行降采样滤波。降采样滤波器模块采用三级级联滤波器的结构,第一级为级联梳状积分(Cascaded integrator comb,CIC)滤波器完成128倍降采样,第二级为过渡带较宽的半带滤波器,完成2倍降采样,第三级为过渡带较窄的半带滤波器,完成2倍降采样,两级半带滤波器的阻带衰减均为90 dB,文中利用matlab完成各滤波器的设计,并在simulink里进行建模仿真,仿真结果显示满足输出精度为16位的要求。建模完成后,进行RTL代码编写,针对于半带滤波器的实现,采用将乘法转换成移位相加的形式,减少硬件开销,并且不同于一般的CSD编码实现方式,本文采用了一种新的移位相加实现架构,有效降低了半带滤波器模块的功耗和面积。同时利用业界前沿的UVM验证方法,搭建验证平台对整体滤波器模块进行功能验证,产生随机激励进行功能覆盖率,代码覆盖率的收集。完成数字模块的设计验证后,使用DC工具进行综合,将RTL代码转换为网表文件,并在innovus工具中进行布局布线,生成版图文件,用calibre完成数字版图的DRC,LVS检查。在此过程中,对于综合后生成的网表和版图生成的网表,分别与RTL代码进行形式验证,确保功能一致性。最后利用后端流程生成的时序文件进行后仿,仿真结果表明设计正确。

关键词： 运动控制   MP2300S   人机界面   多线程   平板检测系统  

摘要： 近年来平板显示产业规模持续扩大,智能手机,平板电脑等电子产品的兴起使得平板显示屏生产制造规格越来越大。在液晶面板生产过程中对其进行缺陷检测,则可以在确保产品良率的前提下保证产量。倾斜式平板显示屏自动光学检测系统常用来检测液晶面板缺陷,为了满足大尺寸液晶面板检测需求,仪器设备需具备高分辨率,高稳定性等特点。在此系统中,运动控制是设备的重要部分,是实现液晶面板检测的基础。基于运动控制器MP2300S与伺服驱动模块,输入输出模块设计了控制系统,实现多轴运动控制。根据仪器检测流程,利用MPE720软件编写程序实现电机运动控制和整机逻辑控制。以PPC-3120工业平板电脑作为人机界面触摸屏,基于MFC以及多线程技术进行软件开发,实现了人机交互界面与MP2300S的数据交换,与图像处理单元和远程监视单元通信的功能。最后对整机进行测试分析,实现了系统的运动控制和时序控制,旋转电机运行速度平稳性基本符合系统功能要求。

关键词： 逐次逼近型模数转换器   结构设计   开关切换   非对称二进制搜索算法   噪声整形   校正功能   电容拆分重组  

摘要： 随着集成电路工艺的提高，植入式/可穿戴设备、人体传感器网络和新兴的电子系统得到快速发展。这些系统往往需要在超低功耗的模式下工作，而模数转换器(ADC)作为系统中必不可少的模块，其能效关乎系统的整体性能。在各类ADC中，逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的功耗是最低的。但是SAR ADC存在许多非理想因素，导致传统结构的SAR ADC在降低功耗的同时，精度却很难提高。因此，高能效的SAR ADC的研究具有重要的意义。　　针对植入式芯片的需求，本文首先对低功耗SAR ADC设计中的关键技术展开研究，电容式数模转换器(DAC)网络是SAR ADC中功耗最高的结构，所以降低电容DAC的切换能量是低功耗SAR ADC设计的关键。在分析了传统二进制搜索算法的开关切换方式之后，本文提出了一种基于非对称二进制搜索算法的开关切换方式，通过引入1/4参考电压以及非对称搜索算法，大大降低了电容DAC的开关功耗和面积。与传统开关切换方式相比，提出的切换方式的平均开关能量降低了98.71％，面积减小了87.5％。　　本文尝试设计高能效的SARADC，为了降低DAC噪声和比较器噪声对SAR ADC性能的影响，本文将△∑ADC与SAR ADC的优势相结合，设计了一款11位一阶无源噪声整形SAR ADC，该ADC采用开关和电容阵列构成的无源积分器取代了有源高功耗的跨导放大器(OTA)结构，实现的零点为0.8的噪声传递函数(NTF)具有良好的噪声整形功能，大大提高了SAR ADC的能效。基于TSMC180nm CMOS工艺，对ADC进行后仿真发现，在0.6V的供电电压与25-kS/s的采样速度下，此ADC仅消耗75nW的功耗，且达到了65dB的信噪失真比(SNDR)，等效的能效比(FOM)为16.46-fJ/conversion-step。对芯片测试后的结果表明，当输入信号频率为499.7Hz、幅度为540mV时，ADC的SNDR为52.7dB，有效位数为8.46bit，功耗为91nW。ADC芯片所占的面积为0.545mm2。　　为了削弱参考电压抖动、DAC失调以及建立时间不足对中高精度SAR ADC的影响，本文设计了一款基于电容拆分重组技术的12位具有校正功能的SAR ADC。与传统冗余校正技术不同，电容拆分重组技术未增加冗余电容，大大减小了DAC的功耗和面积，同时避免了量化范围的衰减。基于TSMC180nm CMOS工艺，对ADC进行后仿真发现，在0.7V的供电电压下与100-kS/s的采样速度下，此ADC消耗0.95μW的功耗，且达到了72dB的SNDR，等效的FOM为2.92-fJ/conversion-step。此ADC的版图所占的面积为0.728mm2。

关键词： 气体超声波流量计   耐高压换能器   低功耗   可变阈值信号处理方法   实验标定  

摘要： 在一些小型气体贸易交接计量场合中,如城市燃气、地暖用气、小商户用气、煤改气用气等场合,国内多采用膜式燃气表进行交接计量。虽然膜式燃气表价格较低,但其仅能达到2级或3级测量精度,且量程比较窄;同时,测量精度会随着使用时间的增长而降低。为此,国外研制了低功耗单声道气体超声波流量计,以替代膜式燃气表,并在国内销售。而此类国产仪表不能达到相应的技术指标。针对这一情况,选用国产耐高压气体超声波换能器,针对其回波信号品质不高的问题,研究基于可变阈值的数字信号处理方法,研制基于STM32低功耗单片机的低功耗流量变送器,并优化硬件和软件,实现在单声道气体超声换能器、电池供电情况下,测量精度达到1级的要求,通过了国内最大的自动化仪表企业的实验测试。搭建实验平台,对国产耐高压气体超声波换能器进行实验和测试,分析回波信号特点。由于耐高压换能器在制作艺上采用了钛合金外壳,声阻抗不匹配,影响了回波信号的品质,以致一些常用的数字信号处理方法不再适用。为此,研究基于可变阈值的数字信号处理方法,处理气体超声波换能器的回波信号,计算体积流量。基于可变阈值信号处理方法在流量为0/?～400/?范围内最大特征点波动范围小,从而保证测量的准确性。将该方法与回波峰值拟合的信号处理方法和回波能量积分的信号处理方法进行比较,以验证其优越性。以STM32低功耗单片机为核心,研制低功耗气体超声波流量变送器的硬件部分,主要包括激励电路模块、回波调理模块、信号处理模块、通讯模块和电源管理模块。分析各个模块的电路原理,计算电路参数。在设计过程中通过选用低功耗器件、优化电路结构,降低系统功耗。设计低功耗气体超声波流量变送器的软件部分,主要包括激励产生模块、中断服务模块、脉冲上传模块、低功耗模块等,分析了各个模块的工作原理、工作步骤等,并通过定时进入停止模式降低系统的功耗。在重庆川仪自动化股份有限公司进行了音速喷嘴气体流量标定实验。标定实验结果表明,所研制的低功耗气体超声波流量计在单声道的情况下示值误差和重复性均可满足国家标准对1级测量精度的要求,可测流量范围为20/?～400/?,量程比为20:1。