关键词： 服务器   多线程   Reactor模式   epoll线程池  

摘要： 随着互联网的高速发展,各种应用对服务器的并发要求越来越高.为了保证服务器对客户端的响应效率,提高服务器的处理能力是一个必然的选择.在不改变硬件环境的情况下,改进服务器的架构,可以让服务器的处理能力得到明显的提高.本文基于Reactor模式,使用I/O复用函数epoll和线程池设计了一种相对高效的半同步/半异步的并发模式,它的每一个线程可以同时处理多个连接,这使得服务器的处理能力得到了显著的提升,具有一定的现实意义.

关键词： 上位机   组网雷达   信息融合   电子地图   百度地图API   多线程  

摘要： 针对当今战场中敌方飞行目标的高机动性和复杂性,为了对目标进行高效地打击和防御,必须优化综合多部传感器提供目标的信息,进行精确地跟踪。同时,将多传感器在地理位置的布局信息和探测到的目标信息在上位机上可视化显示,对于整个战场的综合态势把握有着至关重要的作用。本文结合实际的工程项目,利用信息融合技术和电子地图技术,实现了航迹数据接收、处理和显示以及雷达信息的可视化,并进行了一系列调试验证。首先,介绍了QT的UDP组播通信技术,通过对此网络通信技术的应用实现了组网雷达内部多对一的数据传输。在数据传输过程中,自定义数据传输的格式,解决了不同雷达的航迹数据区分的问题。又将接收航迹数据的格式转换为统一个坐标系下,为后续航迹关联、融合和显示提供支持。其次,在数据融合方面,对目前广泛采用的独立序贯航迹关联算法和凸组合航迹融合算法进行了研究,用Matalb实现了这两个算法并进行仿真验证。又结合实际工程的需求,对不相关、相关和局部相关的三种航迹状态进行了实例仿真,证明了算法的实用性。然后,讲解了在线电子地图和离线电子地图的加载方式,通过获取在线地图上任意位置的经纬度坐标信息,实现了分布式组网雷达中各单站雷达信息的设置、本地化存储和可视化显示。又将航迹数据的直角坐标转换为地球的经纬度坐标,并通过加载离线电子地图并用JavaScript调用百度地图API来实现点迹、航迹在电子地图上的绘制,从而完成了航迹数据显示和消亡的功能。最后,本文分别用单线程和多线程两种程序设计架构对软件运行的时间效率进行了调试和比较,确定了多线程的软件架构在航迹显示实时性方面的重要作用。本文研究的分布式雷达上位机软件设计,经过调试验证,航迹数据接收、处理以及显示的准确性和实时性满足实际工程要求的指标,具有较高的实用性。

关键词： Computer engineering  

摘要： The last few decades have seen a tremendous amount of innovation in computer system design to the point where electronic devices have become very inexpensive. This has brought us on the verge of a new paradigm in computing where there will be hundreds of devices in a person’s environment, ranging from mobile phones to smart home devices to wearables to implantables, all interconnected. This paradigm, called the Internet of Things (IoT), brings new challenges in terms of power, cost, and security. For example, power and energy have become critical design constraints that not only affect the lifetime of an ultra-low-power (ULP) system, but also its size and weight. While many conventional techniques exist that are aimed at energy reduction or that improve energy efficiency, they do so at the cost of performance. As such, their impact is limited in circumstances where energy is very constrained or where significant degradation of performance or functionality is unacceptable. Focusing on the opposing demands to increase both energy efficiency and performance simultaneously in a world where Moore’s law scaling is decelerating, one of the underlying themes of this work has been to identify novel insights that enable new pathways to energy efficiency in computing systems while avoiding the conventional tradeoff that simply sacrifices performance and functionality for energy efficiency. To this end, this work proposes a method to analyze the behavior of an application on the gate-level netlist of a processor for all possible inputs using a novel symbolic hardware-software co-analysis methdology. Using this methodology several techniques have been proposed to optimize a given processor-application pair for power, area and security.

关键词： 物联网   低功耗蓝牙   协议逆向   连接阻断   设备接管  

摘要： 在物联网高速发展的今天,蓝牙(Bluetooth)已经成为了应用最广泛的短距离无线通信协议。在蓝牙家族中,BLE(Bluetooth Low Energy)由于其低功耗的特性,备受各种智能设备的青睐。BLE也因此在蓝牙家族中占据了举足轻重的地位。目前针对BLE的攻防研究大多集中于破解消费级智能设备和挖掘操作系统的BLE协议栈漏洞,而针对BLE链路层本身的攻防研究则十分罕见,相关的工具仅有GitHub用户virtualabs于DEF CON 26上发布的BtleJack。首先指出BtleJack难以劫持连接参数更新频繁的BLE连接,并分析出导致该问题的原因是该工具在逆向BLE连接参数时花费的时间过长。然后,阐述了逆向已建立BLE链路层连接的方法,并相对BtleJack优化了嗅探access address、破解CRCInit和破解hop increment的效率。其中对于access address使用了快速切换信道的方法提高其嗅探效率;对于CRCInit引入了pseudo CRCInit提高其破解效率;对于hop increment使用了troikas(从下位机转移至上位机的LUT)提高其破解效率。接着基于逆向BLE链路层连接得到的连接参数,提出先阻断BLE链路层master与slave间的双向通信链路,再接管BLE设备的攻击方法。其中阻断连接的核心思想是使用恶意数据填满目标BLE连接的跳频信道。在接管BLE设备时,阐述了在匿名状态下识别目标BLE设备的方法,以及接管目标设备GATT服务器的方法。最后,设计并完成了4个用于量化效率提升程度和验证攻击方法有效性的实验。最终的实验结果表明,优化后的方案相对于BtleJack在嗅探access address的效率上提升了约80.91%;在破解CRCInit的效率上提升了约52.17%;在破解hop increment的效率上提升了约21.68%。同时,实验结果也证明了先阻断BLE链路层连接,再接管BLE设备的攻击方法是有效的。

关键词： 低功耗蓝牙   嵌入式系统   电位型传感器   无线传感   监测  

摘要： 设计并制作了一种可用于电位型传感器的小型嵌入式无线监测系统,此系统以精密双路运放TLC4502为前置放大器,低功耗蓝牙（BLE）芯片CC2541作为主控制器,主控制器集成14位模数转换器（ADC）。此系统使用BLE开发应用程序（App）,与CC2541建立蓝牙连接,实现对传感电位的无线实时读取。监测系统软件部分由嵌入式开发软件IAR Embedded Workbench在BLE-CC254X-1.41协议栈基础上开发。为验证系统可靠性与精度,采用精密稳压电源进行模拟电位采集测试,并使用p H复合电极对pH值变化进行监测。测试结果表明,此系统能对电位进行实时测量,信号放大3倍,精度达到0.4 mV,对pH值变化能快速输出一致性响应,监测响应的线性相关系数R;=0.9994;同时,应用自制的L-半胱氨酸（L-cys）传感器结合本系统对L-cys浓度变化进行实时检测,动态响应变化与商品化数字万用表的结果一致,进一步表明此蓝牙监测系统可实现电位型传感信号的快速传输与实时监测。

关键词： MCU   流水线结构   哈佛结构   RISC   边沿检测同步器   低功耗  

摘要： 作为传感器的重要组成部分,微控制单元(MCU)广泛地应用于汽车电子、工业控制和航空航天等众多领域。如今,随着传感器技术的发展,电池供电设备乃至自给供电设备层出不穷,这对MCU的功耗性能提出了更加严格的要求。为了进一步降低传感器的功耗,本文设计了一款面向传感器应用的低功耗MCU。基于精简指令集、哈佛结构和两级流水线结构,本文对MCU的时钟模块、程序计数器模块、中断模块、控制冒险处理模块、定时/计数模块、存储空间分配模块和功耗管理模块进行了研究与设计。为了提高系统的稳定性,本设计采用了格雷码计数器、无重叠时钟产生电路和无缝时钟切换电路构建了时钟模块。为了提高芯片的可扩展性,本设计在程序计数器模块中利用全加器实现了堆栈结构。为了避免指令执行与中断响应的冲突,本文在中断模块中提出一种“双信号”响应机制。为了减小芯片面积,本设计利用中断机制实现了功耗管理模块的唤醒功能。为了提高定时器分辨率,降低传感器应用的平均功耗,本文在定时/计数模块中提出了一种新型边沿检测同步器结构,将同步器数据稳定时间的理论极限值提升至新时钟域的0.75个周期。为了降低MCU工作模式下的功耗,本设计依据两级流水线结构提出了一种功耗管理模块优化方案,进一步地管控程序存储器。此外,本文设计了汇编语言编译器并搭建了仿真平台,基于NUVOTON 0.35μm 2P3M CMOS工艺对MCU中各模块功能进行仿真,仿真结果表明:MCU指令功能无误,模块时序与设计相符。经过新唐科技流片后,对芯片进行实测,测试结果表明:1)MCU指令功能执行正常。2)新型边沿检测同步器功能无误,在系统主频为4MHz的条件下,定时器分辨率提升至0.5μs。3)在电源电压为3.3V时,功耗管理模块优化方案使得系统高速模式功耗降低了 20.65%,低速模式功耗降低了 41.3%。

关键词： 高性能计算芯片   物理设计   多位触发器   时钟树   低功耗  

摘要： 高性能计算HPC（High Performance Computing）芯片是大型服务器和超级计算机等的关键组成部分,其对性能和功耗有着很高的要求。物理设计直接影响到芯片最终性能,因此HPC芯片的物理设计十分关键。本文将基于台积电16nm Fin FET工艺完成一款HPC芯片的物理设计,提出了结合多位触发器和多源时钟树综合的优化方法。本文给出了高性能计算芯片物理设计中结合触发器布局和时钟树综合来共同优化提高设计质量的方法,主要工作有以下几个方面:（1）研究了模块的布局方法,提出了基于负时间裕量的触发器合并方法,分别采用多位触发器和一位触发器来布局HPC芯片核心运算子模块,对比实验结果发现基于负时间裕量的触发器合并在牺牲了1.5%的时钟偏差下降低了3.23%的功耗,并使得整个运算模块功耗降低了3.90%。（2）提出了基于二级并行驱动缓冲器的多源时钟树综合方法,并结合前文提出的多位触发器方法对HPC芯片的DDR4 PHY模块进行优化实验对比,实验结果表明,相比传统物理设计方法,结合多位触发器和多源时钟树的优化方法降低了17.24%的功耗且有效提高了时钟树质量。（3）采用本文提出的优化方法完成HPC芯片的物理设计,结果表明可以降低5.88%的功耗,并达到了设计目标。该HPC芯片即将量产。

关键词： 物联网   NB-IoT   数据采集   远程监控   低功耗  

摘要： 信息科学技术快速的进步,智慧城市的发展,感知城市关键数据的需求越来越高。城市街道环境卫生压力日益严重,为了减轻环卫工作人员的压力提高道路卫生的清洁度,开发一款实时监控垃圾桶垃圾容量的模块势在必行。对于采集垃圾桶垃圾容量信息有比较大的需求,利用此数据方便城市卫生的清洁。伴随着上个世纪90年代物联网技术初步形成,经历了多年技术革新,物联网技术深入到我们生活和工作中。现如今物联网技术已经比较成熟可靠,利用最近几年推出的NB-IoT技术,完成实现垃圾桶监控终端与监控平台相关数据的传递。垃圾桶终端主要负责采集桶内垃圾容量、垃圾桶经纬度信息以及电源电池电压量的相关数据,编写相关的通信协议联通终端和监控平台通过NB-IoT无线技术将数据传递至上位机平台,同时监控平台传递相关指令至终端完成远程控制,从而达到实时监控垃圾桶终端和实现对终端的配置。本课题监控平台设计基于B/S架构的web系统,实时直观地获取上传至平台的数据。监控平台主要负责获取终端上传的数据显示在页面上,发送指令至垃圾桶终端,同时利用百度地图插件实时显示垃圾桶终端位置。因为实际工作中垃圾桶数量众多信息数据量较大,平台使用Oracle数据库来保存数据。由于考虑实际需求,终端机低功耗是物联网项目重视的技术指标。低功耗终端机被安装电池,要求体积较小,可靠性高,维护简单,性价比高。低功耗终端机中元器件能耗低,电路设计要求损耗电量少,核心处理器不需要工作时进入休眠状态。最终,监控终端正常采集定位信息和垃圾桶桶内垃圾容量数据,监控平台正常接收终端上传的数据,并直观的显示在web端功能模块上方便环卫工作人员查阅相关信息提高清扫垃圾的工作效率。

关键词： 流水线模数转换器   电压时间转换器   时间数字转换器   高精度   低功耗  

摘要： 通过前所未有的技术进步,现代通信系统,雷达和测试测量仪器中数字处理模块已经被广泛应用,从而逐渐取代了传统的模拟处理模块。但是作为模拟数字转换接口的A/D转换器的快速发展依然表明模拟电路的无可替代,传统的流水线ADC结构依赖于模拟增益模块如运算放大器来实现量化信号的精确放大,来实现高速中高精度的A/D转换。相比速度也很快的快闪式ADC来说,流水线ADC在实现同样精度的量化,面积功耗已经大大优化。是实现GS/s高精度ADC的首选方案,但是其设计复杂度依然相对较高。现代半导体工艺由于大量数字电路的需求,以摩尔定律的速度快速发展,目前台积电最先进的CMOS工艺特征尺寸已经小于10nm,但是模拟电路中增益模块对电源电压、信号摆幅、晶体管本征增益的要求,使得主流的混合信号电路设计依然使用0.18μm或者0.13μm的CMOS工艺。为了能够结合先进的数字CMOS工艺同时能保证模拟电路的性能,本文提出一种结合电压域量化和时间域量化的混合结构流水线A/D,这种混合结构即使用了传统流水线ADC的MDAC模块,将大部分的量化过程从电压域转移到时间域,利用了UMC公司的28nmCMOS工艺带来的的低传输延迟提高了数字电路量化的精度,同时利用低电源电压和晶体管较小的特征尺寸实现了芯片面积和功耗的减小。实现了一款12位1GS/s的电压和时间域混合结构流水线A/D转换器。本文通过系统的自上而下的设计方法,首先对MDAC的工作原理进行介绍,详细分析了流水线ADC的工作原理以及1.5位冗余校正结构,对采样电路的底极板采样技术以及余差放大器的双电源供电技术进行了分析。对MDAC的信号传输过程中会遇到的一些非理想效应进行分析。接着介绍了VTC和TDC模块的基本原理以及相关的非理想效应,分析了各种结构的优缺点,提出了本文所使用的新型VTC结构以及基于环振的TDC结构。通过上述分析,结合UMC28nm工艺,确定了整体指标、功耗要求。给出了系统级的设计方案,确定了ADC的输入输出信号摆幅,确定了运放的直流增益以及闭环带宽,确定了整体电路的工作时序。提出了一种在28nm工艺下的双电源供电宽输出摆幅高增益高带宽的低功耗运算放大器的设计思路和结构,最终使得直流增益达到80dB以上,闭环带宽达到5.5GHz,功耗20mW左右,实现了设计目标。搭建了整体MDAC电路,实现了MDAC自身3.5位数字码输出以及余量信号向下一级的传递。克服了传统VTC结构依赖于晶体管电压电流关系所导致的非线性以及保证晶体管工作区域导致的较窄的信号摆幅。提出了一种新型VTC结构,分析了电流误差和时间误差之间的数学关系,并通过对时间误差的要求反推得到电流误差的限制,进而指导共源共栅电流源的设计。采用基于RO的TDC结构,使用伪差分延迟单元和内插电路实现了64LSBs,结合三位粗量化计数器,实现了9位数字码量化。提出了一种判断误码的结构以及确定START和STOP信号先后的符号位判断电路设计。最后对整体电路进行了仿真,完成了版图设计。本论文所设计的混合结构ADC基于UMC 28nm标准CMOS工艺制造,仿真结果表明,在1GS/s的采样速率下,输入162MHz的正弦单音信号时,整体ADC可以达到63.7dB的SNDR以及69.6dB的SFDR,有效位数可以达到10.3bit,整体功耗消耗50mW。除了余差放大器采用1.2V和2.1V双电源供电外,其余模块使用1.2V供电。

关键词： 多线程   语音通信   模拟电台   电台通信  

摘要： 新时期发展下电台通信水平不断提高,其中多线程语音通信为电台通信相关工作奠定了稳定的基础保障,有助于电台通信的突破创新.下面本文结合实际工作对电台功能进行分析,并探讨多线程语音通信在模拟电台通信中的应用.