关键词： 微处理器   STM32   外围模块  

摘要： 遥控器是进行远程遥控操控的设备,其功耗是影响遥控操控的关键,低功耗设计能够使遥控器更加节能,并可适应不同的应用场景,以及具有持久的工作时长。本文针对遥控器的功耗,提出一种低功耗遥控器设计,通过遥控器的最小系统及相应外围模块的设计,主控最小系统微处理器选用Cortex-M3内核的STM32L系列低功耗芯片,以及相关外围模块芯片通过USB接口供电,从而能够使遥控器具有较低的功耗,为低功耗遥控器设计提供一种参考,促进了遥控操控技术的发展。

关键词： Microchip   RISC-V   PolarFire SoC FPGA  

摘要： 计算密集型网关和边缘设备的趋势正在推动传统确定性控制应用程序与额外嵌入式处理功能的集成需求,后者是开发智能安全连接系统所必需的组件。针对这一需求,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)启动了PolarFire片上系统(SoC)FPGA早期使用计划(EAP)。新产品依托屡获殊荣的中等密度PolarFire FPGA系列

摘要： Nordic Semiconductor宣布:总部位于中国香港上环地区的电子企业Hubble Connected选择使用Nordic的nRF52832低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy/Bluetooth LE)芯片级系统(SoC)为其"摩托罗拉Comfort Cloud MBP89SN智能传感器条带"提供无线连接功能。

关键词： 高性能计算   互连网络   片上网络   作业映射   资源分配  

摘要： 下一代超级计算机正在朝着E级规模的方向发展,将在访存、通信、可靠性、能耗、应用等方面面临一系列重大挑战,其中能耗挑战已成为影响E级系统稳定性、可靠性和可扩展性的重要因素。目前TOP500榜单冠军富岳（Fugaku）以2.8倍的优势领先于排名第二的Summit系统,但是在Green500榜单中,富岳却位于Summit之后,分别位列第9和第8位。因此,为了实现E级超级计算机,只提升计算性能是远远不够的,需要减少功耗、提高能效比。众所周知,网络拓扑、路由规则、资源分配策略都是影响高性能互连网络能耗的重要因素。由于实际系统采用的固定的网络拓扑结构和路由规则,资源分配策略成为影响高性能互连网络能耗的直接原因之一。本文基于并行计算系统中互连网络功耗优化领域的国内外研究,主要从作业映射和资源分配的角度出发,研究单个计算结点内片上互连网络功耗优化及计算结点间的拓扑划分资源分配策略。对于片上互连网络而言,大量处理器核心被集成到一个芯片中。目前多核处理器上的任务映射方法,通常是根据处理器核的占用情况对作业进行映射,往往忽略片上互连网络中路由器的实时占用情况,导致单个作业映射后,片上互连网络中的通信延迟和能耗不是最优的。特别是当共用路由器数量（共用路由器指被多个作业同时使用的路由器）增加时,会造成网络拥塞,导致作业的通信延迟增大,能耗也会相应增加。本文提出基于拓扑划分的映射算法（JMATP）,在对单个作业进行映射时,优先分配对应路由器空闲的处理器核,以尽可能减少共用路由器数量。通过与其他两种方法（INC,CASq A）进行比较来评估所提出的方法。结果显示,JMATP相对其他两种方法分别降低了5.19%和2.99%的通信延迟,降低了17.94%和12.68%的能耗。对计算结点间互连网络而言,计算结点独占或者共享两种不同的情形下,所产生的低功耗资源分配结果是不同的。本文在现有计算结点独占的资源分配方法基础上,研究了计算结点共享情况下的低功耗资源分配方法,结合路由器关闭技术,提出了基于拓扑图划分的计算结点共享的资源分配策略,减少了高性能计算互连网络的静态能耗。并与计算结点独占情况下的资源分配策略进行了对比,模拟结果表明,在资源利用率较高的Mesh和Tours网络拓扑下,基于拓扑图划分的计算结点共享的资源分配策略可以多关闭7.46%的空闲路由器,降低了计算结点间互连网络的能耗。

关键词： 实时   Kafka   多线程   并发处理   Zookeeper  

摘要： 在当今社会,由于计算机科学技术和信息技术的不断发展,海量的数据随之涌现,我们已经进入了大数据的时代。随着数据与实体经济的融合变得越来越紧密,尤其是在金融经济、电子商务等领域中,数据的战略性地位也凸显得越来越重要。如何去处理企业中这些宝贵的数据资源,成为了许多企业运营过程中需要认真思考的重要问题。目前在金融经济领域的许多企业中,数据中心一般是按天、周或者月作为数据的更新周期。而随着移动互联网的迅猛发展,用户数量的持续激增,致使这些企业不得不面对海量实时数据的有效处理问题,公司对于数据实时性的要求变得更高,传统的按照周期更新数据的方式将会变得不再适用。本人在某基金公司数据中心实习期间,公司也面临着这般问题,部门主管倾向于实现一个变更信息处理系统,来提高数据中心更新数据的实时性。针对上述情况,本文首先对目前各种解决数据实时处理问题的方式做了整理和分析,发现消息中间件是解决这类问题的一种有效途径。然后通过对多种消息中间件在国内外的实际应用与研究情况进行了调研、整理和分析,选择了当前主流的分布式消息系统Kafka作为研究对象,并在此基础上设计和开发了一个基金变更信息处理系统作为解决方案。该系统采用Kafka消息系统作为联系上游系统的消息中间件,为实时数据的处理提供了一个缓冲地带,使得数据的流入速度和处理速度相匹配。在数据处理的过程中,采用多线程并发处理的方式,以增强系统对数据的处理能力,提高工作效率。系统解决了在对Kafka进行多线程消费时存在的并发问题,可以保证对于上游流入的数据做到only once级别的处理（每条数据处理且仅处理一次）。对于可能出现的异常数据,系统提供了失败重试机制和对异常数据的容错能力。基金变更信息处理系统实现了对公司上游系统产生的客户、基金、交易等变更信息的实时处理,有效降低了这些数据从产生到落地之间的时延,提高了数据的实时性。

关键词： SRAM   低功耗   低压   噪声容限   写裕度  

摘要： 静态随机存储器（Static Random Access Memory,SRAM）作为SoC的重要组成部分,己被广泛应用于计算机、便携式移动设备、汽车电子、传感器和医疗设备等需要快速存取的高性能系统中。而随着半导体的制造工艺的不断进步,芯片上集成的晶体管的数目呈指数型增长,但也导致了功耗的增加。SoC的功耗影响电池供电的产品的寿命。为了降低SoC的功耗,对占SoC面积较大比例的SRAM进行低功耗的设计具有重要的研究意义。降低功耗的最有效的方法是降低电源电压,它可以二次方地降低动态功耗,大幅度降低静态功耗。然而,当电源电压降低到近阈值或亚阈值阶段时,受工艺参数波动的影响,单元的稳定性被削弱,甚至无法正常工作。另一方面,低压下软错误率明显升高,通过位交错结构结合传统的编码纠错技术（Error Correction Code,ECC）可以有效地消除软错误,但是会带来半选干扰的问题,影响半选单元的稳定性。针对上述挑战,本文设计了一个可以应用于超低压系统的SRAM单元,它可以稳定地工作在低压下,以达到减小系统功耗的目的。本文首先对超低压SRAM设计做了一个全面的综述。对近十几年的低压SRAM设计进行了分析和总结,为后续的新型低压SRAM设计提供参考。综述的内容涵盖了低压SRAM设计的各个参数指标、单元的稳定性提升技术的归纳分类、读位线泄漏电流问题的解决、软错误和半选问题的解决以及各种外围辅助技术。在综述的指导下,本文提出了一个应用于超低压系统的10T SRAM单元。该单元可以应用于位交错结构中解决半选干扰的问题。在40-nm标准CMOS工艺下对提出的单元以及其他几种低压SRAM进行了仿真比较,仿真的参数有保持静态噪声容限、读静态噪声容限、写裕度、读写功耗、静态功耗以及最小工作电压。仿真结果表明,提出的10T SRAM在低压下表现出较高的读写能力。在0.5V的电源电压下,其读稳定性与传统的低压8T单元相当,写能力为8T单元的6.14倍。在最差工艺角下进行蒙特卡洛仿真,考虑3σ的失败率,测得提出的10T单元的最小工作电压为0.438V。最后,针对提出的10T单元,搭建了1Kb的阵列,并设计的相应的外围电路。在TT工艺角、0.438V以及25℃下的前仿结果表明,单元的最大工作频率可以达到20.4MHz,读功耗为1.26μW,写功耗为2.45μW,静态功耗为0.37μW,写读一次的能耗为0.284pJ。

关键词： 低功耗接收器   注入锁定振荡器   人体通讯  

摘要： 人体通讯(Human Body Communication)是WBAN(Wireless Body Area Network)中的一种通讯方式，把人体当作通道来传送讯号。无线通讯和医疗的需求增加，IEEE制定了802.15.6此人体通讯标准，与其它IEEE802.15 无线标准相比，该无线通讯技术对人体安全有非常高的要求并且需要好的QoS(Quality of Service)与数据速率与低功耗等。 近年来，注入锁定(Injection-locked)的技术大量的使用於OOK或FSK的超低功耗接收器上，OOK一般适用於短距离无线运用，以及在发送'0'时节省发送功率但相比FSK抗杂讯能力较差。Injection-locked的灵敏度保持在最高值，才能确保唤醒接收器在最高的灵敏度，以FSK为调变的接收器上，当接收器接收到'1'的讯号时，注入锁定振荡器会输出较大的电压振幅；反之，当接收讯号为'0'时，注入锁定振荡器则输出较小振幅。此外，接收器所接收的讯号强弱会随着与发射器的距离不同而改变，为了达到省电的目的，此论文提出了一利用数位方式完成的校正机制，藉由控制注入锁定振荡器电压，来确保注入锁定振荡器在制程、温度、电压改变下能够正常运作，以及优化接收不同强度讯号时之功耗。 在校正电路方面，是利用SAR(Successive approximation)逻辑来控制注入锁定振荡器的功耗。首先发射器会先传送一连串足够的'1'讯号来校正电路，若接收端接收到FSK讯号为 '1' 使得注入锁定振荡器振荡，振荡讯号藉由波峰侦测器转为直流电压，再与比较器之参考电压做比较会得到'1'的输出结果，逻辑控制会继续SAR搜寻，直到接收讯号'1'时振荡器不再震荡结束搜寻，相反的，若接收'1'讯号振荡器无法使振荡器振荡，则逻辑控制执行SAR搜寻，直到振荡器振荡。结束SAR搜寻後，数位控制会找到一个数位控制码Dlow，Dlow是在接收讯号为'1'时能够维持振荡的最低的数位控制码。在传送一连串的'1'讯号後是一连串的'0'讯号，逻辑控制执行SAR搜寻，搜寻到数位控制码Dhigh，Dhigh是在接收讯号为'0'时能无法振荡的最高的数位控制码。在Dlow与Dhigh区间是能够确保振荡器在制程、电压、温度及接收讯号强度下能够良好的运作，Dlow与Dhigh中间值则是我们所需之最安全的操作点。 本论文使用UMC18制程实现应用於人体通讯之低功耗接收器设计，本论文接收器消耗79μW时灵敏度为-76.9 dBm，此时传输速度为为100 kb/s，此时电路接收每单位资料所需之能源消耗为0.79 nJ/bit。

关键词： 连续时间   sigma-delta调制器   SAR量化器   数据截断器  

摘要： 近年来,随着集成电路设计技术和制造工艺的不断进步,MEMS传感器技术也得到了快速发展。模数转换器（ADC）作为连接传感器和数字信号处理单元的桥梁,其性能很大程度上决定了整个系统的性能。这使得高性能ADC成为国内外研究的重点。本文针对微惯性测量单元对ADC低功耗、高精度的性能需求,并结合sigma-delta ADC高精度和SAR ADC高能量效率的优点,给出了一种基于SAR量化器的连续时间sigma-delta调制器的设计。首先从低功耗的角度出发确定了连续时间调制器的拓扑结构。再根据课题性能指标,利用工具箱中的函数完成对调制器噪声传递函数的设计,并通过增加零阶反馈路径来修复由于环路延时而发生改变的噪声传递函数。然后对调制器的系数进行合理缩放使积分器的输出符合实际情况。最后对积分器、时钟抖动和反馈DAC的非理想特性利用Simulink搭建行为级仿真模型,综合考虑非理想因素后确定各个模块的电路参数,主要是确定积分器电路中运算放大器的参数。在多位量化器的结构选取上,本文选择基于电容顶板采样的SAR ADC,该结构与传统结构相比采样保持电路的电容减少一半,同时也减少了转换过程中电容充放电次数。为了避免使用高频时钟发生器,设计了异步控制电路产生内部电路的时钟信号。针对电流舵型的反馈DAC中单位电流源数目过多的问题,在多位量化器后加入了一阶数字sigma-delta数据截断器来减少电流源数目,同时信噪比也不会明显下降。最后采用SMIC0.18um工艺完成了对整个连续时间sigma-delta调制器的电路设计。电路仿真结果表明,调制器在1.8V的电压下消耗0.98m W的功耗,从频谱图可以得出调制器的信噪比达到104.4d B,有效位数17.05位。考虑热噪声后其噪底低于-120d B,谐波失真小于-100d B,在100Hz带宽范围内的动态范围大于110d B。

关键词： MHz频段   低功耗   锰锌铁氧体   La2O3掺杂   机理研究  

摘要： 电力电子技术的进步对功率传输器件提出了更严格的要求,随着器件向小型化、集成化、轻量化、高频化的趋势发展,开发用于MHz级的高性能高频功率铁氧体材料成为软磁材料研究领域的一大重点。在铁氧体材料家族中,锰锌功率铁氧体拥有最为优异的综合磁性能,但由于其电阻率不高且截止频率较低,其应用被限制在4 MHz以下。本文采用传统固相烧结工艺制备了在1-10 MHz使用的各类低功耗高频锰锌功率铁氧体材料,在优化的工艺基础上,通过研究Ca-Si-La掺杂作用、Co-Ti复合掺杂作用和Nb-Ti复合掺杂对锰锌铁氧体的影响,成功制备了能够应用于1-10 MHz的锰锌功率铁氧体材料,并对高频下磁损耗的经典分离模型做出了改良,得到了新的经验公式。综上所述,得到的具体结论如下:1)LaO配合CaO-SiO的三元复合掺杂可以大幅度改变锰锌铁氧体的电阻率和微观组织,表现为在LaO掺杂量较少时促进晶粒生长和提高电阻率,而在LaO掺杂量较多时显著抑制晶粒生长并降低了电阻率。推测其机制是少量La元素的添加降低了Ca-Si基晶界玻璃相的熔点,并提高了晶界玻璃相和主相之间的润湿性;而过量La元素的引入将在晶粒外围形成LaFeO化合物,这种定化学计量比的化合物通过抑制Fe元素在烧结时的扩散过程,使得宏观晶界迁移和晶粒生长难以发生,但LaFeO的半导体属性也同时降低了电阻率。2)在Ca-Si-La复合掺杂体系的基础上,通过优化Ti-Co掺杂组合进一步改善材料的内禀电磁性能,最终可以调控得到综合电磁性能较好的超细晶材料。5MHz用材料在60°C时的起始磁导率为710,截止频率为9.2 MHz,在5 MHz,10mT,60°C的磁损耗为122 KW/m。10 MHz用材料在25°C时的起始磁导率为534,截止频率为12.7 MHz,在10 MHz,10 mT,25°C的磁损耗约为520 KW/m。3)对高频损耗分离的常用模型进行了总结和改良。在使用传统的Wijn模型的基础上分离出了剩余损耗,并对剩余损耗与频率、磁感应强度、磁谱的关系进行了实验探究,基于大量实验数据提出一个新的剩余损耗拟合公式并取得了较理想的拟合效果,该公式在高频损耗分离场景中具备一定的实用价值。4)研究了TiO-NbO共同掺杂对1 MHz用锰锌功率铁氧体结构和性能的影响。适量的NbO掺杂有助于提高密度、促进晶粒均匀生长并提高电阻率,在一定程度上改善了材料的电磁性能。TiO通过在尖晶石晶格中的固溶效应引入阳离子空位,为Nb向三叉晶界处的扩散提供了第二扩散通道,从而加速了Nb的扩散运动。最终优化得到的材料,其在80°C的起始磁导率超过1500,室温饱和磁感应强度超过490 mT,密度为4.82 g/cm,在80°C,1 MHz,50 mT的功率损耗为394 KW/m。

关键词： 水下电话   信号处理平台   语音通信   OMAP-L138   低功耗  

摘要： 海洋资源的开发对于人类的发展有着重要的意义,但由于海洋环境复杂,海洋资源的开发遇到了很大的限制。为了能够充分合理的开发海洋资源,保护海洋环境,实现可持续发展,受过专业训练的蛙人的水下作业是必不可少的。水下电话是水下作业中普遍用到的工具,信号处理平台作为水下电话的关键部分,其设计对水下通信的性能有重要影响。本文设计出了一款小型化、低功耗,稳定可靠的水下蛙人通信系统信号处理平台。实现了两个水下电话之间的单边带调制方式的语音通信和水下电话与超声波通信模块之间的多进制频移键控方式的数据传输。针对设计需求,进行了完整的需求分析和方案论证以及元器件的选型。最终确定的信号处理平台采用DSP+MCU架构,以OMAP-L138的DSP内核为数字信号处理的中心,设计了音频功率放大、DDR2存储、SD卡存储、实时时钟、串行通信接口、语音信号编解码、语音信号识别、语音信号合成、超声波通信等功能。完成了上述功能模块的原理图和PCB设计,利用Allegro PCB SI对DDR2存储器的关键信号进行了仿真,利用Pspice对关键电路进行了仿真。软件设计方面主要介绍了信号处理平台的工作模式设计、语音菜单控制设计、DSP程序加载方式分析、DSP程序在线升级方式设计、SD卡驱动设计、语音CODEC芯片接口说明、语音CODEC芯片麦克风输入滤波器设计与测试。最后通过对信号处理板卡的功能测试验证了设计的正确性,通过湖试进一步确认了设计方案的正确性和可靠性。文末对本次的设计进行了总结,提出了设计中存在的不足之处,针对实验中出现的问题以及未完成的部分给出了下一步的工作计划。