关键词： 异构计算   硬件加速   低功耗   神经网络   内核复用  

摘要： 近年来,深度学习在行业中的各个领域得到了广泛的应用,人工智能技术的进步大大推动了计算机视觉和语音识别等技术的发展。深度学习的研究与发展离不开强大计算能力的支撑,如何满足日益增加的算力需求成了当前研究的热门问题,异构计算以其优异的性能和灵活的结构成为提高计算能力的主流方向。然而,针对复杂的神经网络,要进行大量数据的吞吐运算,从算法到0硬件结构都需要大量的优化。高性能低功耗的FPGA平台解决了需要高度并行硬件结构的问题,本文分别基于Open CL与ZYNQ异构计算框架,对比分析了片内异构与片间异构计算的特点,提出了一种基于FPGA的异构计算优化与实现方法。在该方法中,需要将计算任务划分并将相同操作的代码段分配给同一个子任务,根据子任务的要求,在FPGA中开发了一个可复用、可配置的加速内核,使其具有较高的复用率和灵活性。高度并行化的内核设计挖掘硬件的计算能力,通过内核间的流水线设计增加系统运算吞吐量。此外,通过优化内存访问和接口通信,提高了内核的性能和能耗表现。与传统的异构计算平台相比,它拥有灵活的结构与出色的能耗比,在不影响分类精度的情况下,可用于小型的嵌入式设备。本文分别在DE5-Net FPGA Development Kit和Zynq XC7z035ffg676开发板上验证该实现方法。结合硬件资源、带宽与功耗等参数搭建理论模型,由此得出神经网络在设备上的峰值浮点运算速度。基于该方法的卷积神经网络的实验结果表明,识别图像只需1.1ms,功率为2.5W,与使用相同功耗的ARM的运行效率相比,基于异构平台的卷积运算速度快46.8倍。

关键词： 飞行器结构   冲击监测系统   低功耗   小型化   压电传感器  

摘要： 飞行器结构在服役过程中会承受各种物体的冲击,严重威胁结构的服役安全。但冲击是瞬时事件,需要对其进行机载在线监测,而航空航天应用对监测系统的功耗、体积等有严格的限制,因此迫切需要开展飞行器结构的低功耗冲击监测方法和冲击监测系统的研究。本文针对飞行器结构的低功耗、小型化、在线连续的冲击监测需求,对基于压电导波的冲击监测方法和冲击监测系统进行研究。主要工作及创新如下:（1）开展了基于数字化监测原理的冲击监测方法和系统低功耗方法研究,提出了基于反向加权和的冲击定位方法,该算法简单高效、运算量小,降低了对冲击监测系统的硬件需求;提出了基于稳压二极管阵列和芯片管脚电平标准的低功耗数字化方法,以极低的功耗实现冲击响应信号的数字化转换;针对冲击事件瞬时、随机的特性,研究了冲击监测系统的睡眠—唤醒机制,大幅降低了冲击监测系统的平均功耗。（2）开展了低功耗冲击监测系统的硬件和软件设计研究,针对现有冲击监测系统功耗高、体积重量大等问题,结合系统的低功耗方法,对各模块电路进行设计并实现了系统硬件的低功耗和小型化;结合睡眠—唤醒机制对系统嵌入式程序进行设计并实现了系统软件的低功耗和在线连续的冲击监测功能。（3）对低功耗冲击监测系统进行了性能测试,结果表明系统的静态功耗仅为1.44m W,工作状态下功耗为5.89m W。此外,该系统支持32个压电传感器通道,封装前重量仅为22g。在复合材料机翼盒段结构上对低功耗冲击监测进行了功能验证,结果表明该系统的冲击区域定位准确率达到96%以上。

关键词： 昆虫机器人   实验平台   蜜蜂   小型化   低功耗   标签天线   图像处理  

摘要： 生物机器人是电子技术、微加工工艺和生命科学进步的产物,生物机器人神经性实验的进行依托于功能完善的实验平台。与动物机器人相比,昆虫机器人在体型、活动能力和隐蔽性具有很大的优势,有着更加广阔的应用前景。目前昆虫机器人的研究存在着背包体积大、通信模块大以及实验平台功能单一的难题,基于上述问题本课题开展了应用于昆虫机器人的电刺激与采集系统平台的研制,设计了满足昆虫负载的无线电刺激背包,搭建了适合昆虫神经性实验的电刺激与采集平台。论文的主要工作如下:1.提出了一种满足蜜蜂负载约束的神经性实验系统平台方案。该平台相比大鼠、壁虎等动物机器人系统平台存在的背包较重、通信模块较大等问题,提出了超轻量级和小体积的无线电刺激背包设计方案,并依托于此构建了昆虫机器人电刺激与采集系统平台方案。该方案中背包具有体积小、重量轻、功耗低等优势,系统具有功能多样、数据同步等特点。2.提出并研制了一款超轻量级、低功耗的无线电刺激背包。针对小型化标签天线的设计难点,提出了一种新型螺旋结构的紧凑天线设计方案;针对背包能量供给有限的问题,采用低功耗设计技术,降低背包的整体功耗。3.设计并实现了应用于昆虫机器人的电刺激与采集系统平台软件。该软件具有录像显示和存储、电刺激参数配置、标签选择、电刺激指令发送和状态显示等多种功能;针对该系统平台中存在的昆虫行为和电刺激指令的同步问题,提出了一种采用图像处理技术测量系统延时的方法,解决了该系统的同步问题。经过上述研制,最终完成了应用于昆虫机器人的电刺激与采集系统平台。经过测试,所设计背包大小为12.27mm×5.48mm×1.76mm,重量为113.2mg,功耗仅为0.129mW,标签天线的尺寸为5mm× 10.8mm×0.2mm,中心频率为918MHz,所设计的系统平台具备指令发送和图像采集等多种功能。将该平台应用于蜜蜂进行了生物验证实验,说明了该平台能够满足昆虫机器人的生物神经性实验需求。

关键词： 纵观图形处理器   图形处理芯片   低功耗后端设计   时钟树网络   金属填充  

摘要： 纵观图形处理器(GPU)的发展历史，随着电子工艺的不断发展，GPU的性能与可靠性得到了较大幅度的提升，电路的主频与电路规模朝着更高更大的方向发展，与此同时GPU的性能与可靠性得到了较大幅度的提升，因此在人们日常的工作与生活中也得到了广泛的应用。　　在传统的GPU设计过程中，优化目标通常只包括芯片功耗、面积、时延、线长等，而对电源网络与时钟网络的优化设计鲜有提及。而随着GPU用户需求的提高与制造工艺的提升，现有的GPU设置中逐渐开始面临如何对芯片电压域划分、如何最小化电源网络布线面积与如何进行时钟树优化等问题。　　针对上述问题，本文基于Cadence公司的EDI10、QRC与Voltus工具，选取一型28nm图形处理器芯片为研究对象，从文献收集、设计方案分析、物理验证等角度对该型芯片的低功耗后端设计进行了详细的研究，探索解决上述问题的具体方案，并通过计算与仿真对解决方案的合理性与正确性进行了验证，论文的主要工作包括：　　通过收集相关领域的研究文献，对后端设计的分类与基本流程进行了详细的阐述，并对芯片的功耗类型进行了归纳分析，随后针对不同功耗类型罗列了对应低的功耗设计技术，并结合上述理论给出了芯片布局与低功耗时钟树综合的具体设计方案。　　在完成设计方案的基础上，结合设计工具对芯片的各类标准单元放置、时钟树网络优化、时钟树网络布局等过程进行了详细的分析，完成具体的设计流程后，采用分析工具对布局DRC、布局拥塞与时序优化进行了仿真分析，针对GPU芯片的布局、设计规则、电路规则与天线效应进行了物理验证检查。完成上述工作后，为了得出金属填充对芯片工作时序影响的具体方法，分别采用Calibre与EDI10两种工具对芯片进行金属填充，并对填充前后的芯片工作时序进行了仿真分析，得出了有效的填充方法。　　为了对低功耗设计与时钟树优化方案的正确性与合理性进行验证，将采用本文方案前后的时钟树网络参数与芯片功耗进行了仿真研究，并对低功耗、时钟树与芯片整体功能的仿真结果进行了详细的分析，并通过分析给出了设计方法正确性与合理性的验证结果。

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： 时脉与资料回复电路   相位偏移调变   内建式自我检测   延迟锁定回路   背景式校正   连续时间线性均衡器   串列器/解串列器  

摘要： 页面尚无资料

关键词： 道口信号   控制设备   ARM Cortex-A9   嵌入式Linux   多线程  

摘要： 铁路道口信号在铁路运输过程中起着至关重要的作用,道口信号控制设备是铁路控制系统中重要的设备之一。为了保证道口的铁路侧与公路侧的交通能够可靠、高效、稳定的进行,需要道口信号控制设备能在保证安全预警的前提下高效可靠的工作,能将道口预警信号准确并及时的传达各方人员车辆。目前国内正在使用的道口信号DX3型设备,采用机械控制和继电器组合结构设计,由于设备设计陈旧,导致故障率较高,维护成本较大,工作效率较低等问题。随着5G与物联网时代的到来,智能设备的使用更加广泛,本次课题设计的道口智能预警嵌入式控制系统不仅能解决目前道口信号系统存在的问题,还是对铁路控制设备硬件智能化的尝试与探索,对铁路信息化建设具有一定的积极影响和意义。本次课题设计的主要目标是设计一种嵌入式控制系统智能硬件设备管理道口信号并及时预警行人车辆,本次设备控制核心采用ARM硬件平台和嵌入式Linux软件平台,结合信号采集部件摄像机与雷达完成道口信号的安全预警工作。本文主要完成以下几个方面的工作:(1)通过铁路道口现场工勘调研,调研分析当前道口信号DX3型设备的工作原理与问题所在,确定本次设计的系统整体方案。(2)围绕控制系统的核心ARM硬件平台,设计了控制系统的外围接口功能电路,包括多级电源电路模块、串口调试电路模块、以太网通信电路模块、LCD液晶显示电路模块、TF卡存储电路模块、Mini PCIE电路模块、RS232通信电路模块、RS485通信电路模块等。(3)围绕控制系统的软件平台嵌入式Linux系统,构建编译了启动引导程序Uboot,裁剪配置了Linux内核,并构建移植了根文件系统到核心控制软件平台系统,同时对各个接口的驱动程序进行了修改调试。(4)根据道口安全预警功能利用嵌入式Linux多线程编程实现了IP视频流显示线程、雷达信息通信线程、执行部件动作线程以及看门狗线程等,实现了道口信号控制设备的基本功能。全文包含图45幅,表5个,参考文献41篇。

关键词： 近似除法器   前导位检测   可配置   低功耗   容错应用  

摘要： 近年来,能源效率已成为计算系统设计中的最关键的标准之一。一方面半导体技术扩展带来的收益在逐渐减少,另一方面又需要跟上数据的爆炸性增长速度,因此迫切需要一种新的计算效率来源,来设计更高效（更快、功耗更低）的计算平台。近似计算是一种通过以计算精度为代价来降低功耗和设计复杂性的方法,使设计人员能够利用此容错能力为设计优化添加新的维度,最终达到提高能源效率的目标。除法器作为计算系统中基本的运算单元之一,其性能的优劣直接影响到整个计算系统的性能。因此,为了提高除法器单元的计算效率,本文基于传统的恢复阵列除法器进行近似设计,降低其功耗和延迟,使其可以有效地改善系统性能。针对恢复阵列除法器以及对数除法器的特性,本文提出了一种基于恢复阵列和对数除法器的近似混合除法器设计。该设计引入了近似深度h,通过h可以调整输出商值的精确度。该设计方法是通过近似深度值对操作数中的被除数进行截断,高位部分分配给恢复阵列除法器,计算出精确的商值,低位部分分配给对数除法器,计算出近似的商值,最后得出最终的商值。此外,在已提出的设计的基础上作出了进一步的优化和改进。通过这种混合近似的方法,既能够使除法器在计算精度上有较高的保证,又能够缩短关键路径,减少延迟。本文分析了近似混合除法器整体设计的误差参数以及硬件性能指标。所提出的设计采用Verilog HDL语言进行描述,并通过Design Compiler综合工具使用Nan Gate 45nm工艺的开放单元库进行硬件性能上的综合。数据结果表明,所设计的16/8位的近似混合除法器与精确阵列除法器相比硬件性能上有显著提升。与已提出的近似除法器相比,本文提出的设计在综合考虑硬件性能及误差参数后,综合性能是最优的,尤其在功耗,面积以及精确度方面的表现,优于其它近似除法器。本文的最后将设计的近似混合除法器应用于图像处理及softmax函数中,结果表明设计在可容错计算领域有较高的应用价值。

关键词： IEEE 802.15.6   WBAN   收发机   低功耗   高线性度  

摘要： 医疗领域的蓬勃发展离不开信息化、智能化的电子产品和设备,集成电路技术在人类健康医疗中扮演着无可替代的角色。无线体域网（WBAN,Wireless Body Area Network）技术自2012年IEEE 802.15.6标准获批以来,在医疗领域内迅速发展,成为运用在人体体表佩戴和人体体内植入的短距离、高抗干扰性的无线通信网络,逐渐成为学者学习和研究的热点。在通信网络传感节点中,无线收发模块通常是成本、能耗最大的部分,所以本文针对此问题提出了一款低功耗无线收发机电路,并结合人体功率辐射吸收、WBAN标准等一系列要求,采用0.18μm CMOS工艺完成了一款402～614MHz收发机集成电路的设计。通过对各个结构的接收机的设计成本、功耗、频率转换、变频增益等因素进行分析对比,接收机采用低中频结构,主要包括低噪声放大器、上变频混频器、复数滤波器、可编程增益放大器。低噪声放大器采用了交叉耦合电容技术以及电流复用技术提升增益并降低功耗;混频器采用折叠式吉尔伯特混频器结构,将射频频率下变频为2MHz中频频率,降低混频器开关级的闪烁噪声;针对-2MHz的中频镜像信号,采用手动校准方式的镜像复数滤波器对其进行抑制并实现对2MHz信道的精确选择;中频可编程增益放大器为了在增益范围、带宽、线性度和功耗之间进行权衡,结合了开环与闭环结构兼得两者的优点。发射端采用直接上变频发射机,主要包括上变频混频器、功率放大器。其中,功率放大器两级分别采用A类和AB类功率放大器结构,并运用一系列高线性度技术提升输出1d B压缩点,来满足发射端高线性度的要求。通过对接收端以及发射端电路模块的级联进行后仿真,结果表明,在402～614MHz频率范围内,芯片的输入阻抗匹配与输出阻抗匹配均小于-16d B,复数滤波器的镜像抑制比达到了-42d B以上,可编程增益放大器实现了0～50d B的增益范围,接收机的整体增益范围达到了35～85d B,接收端整体噪声系数7d B,1.8V电压下接收端整体功耗为7.95m W。在发射端,实现了近10d B的增益,PA的输出1d B压缩点在402MHz和614MHz频点分别为3.24d Bm和2.11d Bm,满足了发射端输出的高线性度要求,发射端整体功耗为16.35m W。芯片接收机与发射机面积分别为1335.1μm×739.8μm和595.9μm×510.2μm。各个工艺角所有仿真结果均可满足WBAN收发机系统指标要求。

关键词： 内训师   电力企业   超高压输电   培训项目   传帮带   多线程   课程开发   内部员工  

摘要： 在电力企业,技术知识技能的传授主要依靠内部员工"传帮带",这就需要具备丰富经验的内训师根据员工面临的实际问题,实施开展具体培训项目及课程,促进有效学习。为推动培训资源多线程发展,强化课程与师资联动对员工能力提升的重要作用,南网超高压输电公司提出"人课匹配"概念,突出内训师培养、课程开发、项目实施"三联动、三同步",聚焦课程建设与