关键词： 无线电  

摘要： 深圳云里物里科技股份有限公司的新型MS88SF2多协议模块产品,是基于Nordic功能最强大的短距无线微控制器系统级芯片(SoC)器件nRF52840。这款模块可以配合无线协议蓝牙5.0、ZigBee 3.0、Thread和ANT以及专有2.4GHz堆栈运行。采用紧凑封装(23.2×17.4×2mm3)的高集成度模块MS88SF2包含从无线电到不同天线(PCB和陶瓷)的所有必需组件,以及天线匹配网络或用于外部天线连接的***/IPEX天线插头。为了防止辐射和电磁波,该模块带有金属盖。

关键词： 电源管理   低功耗   快速启动   开关矩阵  

摘要： 本论文主要研究了在180纳米工艺下的带电源管理的模拟开关矩阵电路的结构搭建与设计的实现。设计主要分为电源管理模块和模拟开关矩阵模块。带电源管理的模拟开关矩阵电路是用于模拟信号传输的通道转换芯片,应用范围广泛,在信号传递中不可或缺。且国外产品的性能普遍高于国内设计产品,所以国内市场大多采用国外的产品,价格高昂,国内市场急需可替代产品。电源管理模块直接决定了系统的可靠性,因此是重点设计部分。在电源管理模块设计中,带隙基准部分采用低功耗的设计,在总结前人的经验基础上,提出了自己的设计,并对低功耗设计中快速启动做了独特设计,电路静态电流低于0.9微安,快速启动时间低于2微秒,输出电压温漂系数低于20ppm,电源带负载能力为120毫安,当负载电流高于120毫安时将触发过流保护,电路保护设计中还有高温保护模块,当工作环境温度高于100℃时将触发高温保护。输出电压有四个档位可选择,可通过外部寄存器调整。仿真结果显示电源具有较好的负载调整率和抗干扰能力,整体的噪声输出低于300微伏。模拟开关矩阵电路是模拟信号传输中不可或缺的部分,它具有传输灵活的特点,可以通过外部寄存器控制。本文对矩阵电路的通道快速转换,提升信噪比,增加可靠性以及提高输出驱动能力做出研究。在模拟开关矩阵电路设计中,实现了单输入-单输出、单输入-全输出、全输入-全输出三种导通模式,可通过外部人为转换导通模式,整体的开关矩阵电路自主设计完成通道转换时间为30纳秒,电源电压抑制比为80dB,适用于48Mhz范围内的信号传输。采用高速运算放大器作为缓冲器,转换速率高于40V/us。与MAX456数据对比中,通道的转换速度频率带宽以及电源电压抑制比都具有优势。

关键词： CNN   Benchmark Suite   Embedded devices   Cuda   OpenCL   Deep Neural Network   Artificial Intelligence and Robotics   Other Computer Sciences  

摘要： Convolutional Neural Network (CNN) has been used widely for the tasks of object recognition and facial recognition because of their remarkable results on these common visual tasks. In order to evaluate the performance of CNN for embedded devices effectively, it is essential to provide a comprehensive benchmark evaluation environment. Even though there are many benchmark suites available for use, but these benchmark suites require installation of various packages and proprietary libraries. This creates a bottleneck in using them in applications which are executed on resource constraint devices like embedded devices. In this paper, we propose an evaluation platform which can be used for evaluation on any platform that supports Cuda and OpenCL. This evaluation platform was executed on Nvidia TX2 Jetson board embedded device and commodity hardware without needing any extra proprietary libraries to execute the model. We also achieved 4.5-fold gain in execution speed of the Cuda and OpenCL model. The model also exactly predicts images as the Python based with 100% accuracy. We also provide in-depth statistics about the CNN network execution pattern by executing the model on embedded devices and commodity hardware.

关键词： 自供电物联网节点   超低功耗   电源管理系统   直流直流变换器   降压转换器   高压驱动   PFM控制   功率管  

摘要： 近年来无线物联网设备特别是无线传感器网络节点、无线医疗电子设备和可穿戴设备的快速发展推动了电源管理系统向超低功耗、高效率和高集成度方向发展。电池和(或)新能源供电的自供电物联网设备需要超低功耗设计使设备供电系统具有超过10年以上的寿命,这就需要超低功耗电源管理技术。无线物联网设备的电源管理系统要求高效率和高集成度,电源管理单元(PMU)将传统的多路多类型电源管理器件整合到一个芯片中,有助于降低系统功耗,减少片外元器件、板级空间和成本。以优化自供电物联网节点的电源管理系统为出发点,本文就超低功耗电源管理的关键技术、系统设计和电路设计展开研究。自供电物联网节点系统的平均静态功耗通常在几微瓦,因此电源管理系统的自身静态电流应小于微安级。论文在研究CMOS亚阈值设计技术的基础上,阐述了纳安级通用模拟电路的原理和实现方法,包括本征NMOS构成的超低功耗电流源、亚阈值区CMOS构成的超低功耗电流基准、超低功耗带隙基准、亚阈值区CMOS电压基准和采用采样保持技术的电压基准。针对纳安级电路易受噪声影响的特点,研究了纳安级电路的新型隔离保护环、版图设计和封装设计等技术。论文提出“悬浮隔离”的保护环设计大幅降低开关电源的功率级开关过程中产生的少子注入对超低功耗电路的干扰,使得超低功耗电路模块与开关电源功率级电路单片集成。为了使电源系统在微安等级负载和毫安等级负载同时拥有较高转换效率,本文提出一种自适应偏置电流脉冲频率调制模式(PFM,Pulse frequency modulation)的超低功耗降压转换器结构。系统根据当前工作状态动态开启和关闭除“常开”超低功耗模块以外的电路,只在突发工作状态下动态开启工作电流较大的模块。创新结构的PFM 比较器通过检测PFM频率判断输出负载状态,动态自适应调整PFM比较器的偏置电流。采样保持结构的电压基准使用20 nA偏置电流得到误差小于1.5%的电压基准。论文采用0.35 μm标准CMOS混合信号工艺,设计并实现了一款静态电流为95 nA的降压转换器,最终通过流片和测试,验证了新型架构和纳安级电路的性能。在输入3.6 V,输出2.5 V时,2μA的负载下的转换效率为79.8%,与近年同类研究文献相比,具有更好的性能。超长待机和3G/4G高速数据传输自供电物联网节点需要更高的电源电压和集成度,宽电压输入系统给超低功耗电源系统设计带来了挑战。论文研究多节电池串联的自供电物联网系统,针对性提出一款超低功耗PMU系统芯片。PMU集成多路电压转换器,通过复用超低功耗辅助电路,大幅度降低了电源系统的整体功耗。芯片集成了一路自适应偏置电流PFM控制模式的超低功耗降压转换器提高系统在微安级别负载时的转换效率,同时集成一路脉宽调制模式(PWM)的大负载降压转换器提高系统带载能力。论文提出无需片外电容和芯片引脚的全集成高压电平转换器和驱动电路结构,增加PMU的集成度的同时,避免功率级电路在开关过程中造成电源线上的“反射”电压,减少了功率级电路对超低功耗电路的干扰。采用基于标准CMOS工艺的混合信号BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)高压半导体工艺,对宽电压输入全集成超低功耗PMU进行了设计、流片和测试。测试结果表明,该芯片各项指标满足设计要求,PMU的静态电流低至550nA,负载2 μA时,转换效率超过50%。超低功耗降压转换器输出电流达到50mA,转换效率为87%。大负载降压转换器输出最大电流达到了 500 mA,转换效率为90%。该芯片将高电压输入电源管理系统的工作电流从微安等级降低到纳安等级,大幅度提高了设备的使用寿命。

关键词： reinforcement learning   multi-threading technology   thread partitioning   parallel reinforcement learning   experience replay  

摘要： With respect to the problem of the slow convergence of the traditional reinforcement learning algorithm in practical applications, we propose a novel multi-threading parallel reinforcement learning algorithm - MPRL. MPRL is mainly composed of two parts. One is the FCM-based reinforcement learning multi-threading partitioning method, which transforms the multi-threading partitioning problem into a clustering partition problem to obtain the optimal multi-threading partitioning solution. The other is the parallel reinforcement learning framework, which makes the parallel execution between the policy evaluation and the interaction with the environment. In the learning process, the experience replay is adopted to update the value function, which can also solve the problem of the non-convergence in the off-policy evaluation. Experimentally, the MPRL algorithm is applied to the windy grid world problem and the cart pole problem, and compared with Q-Learning, Sarsa and KCACL. The experimental results show that MPRL has a faster convergence rate and better convergence performance.

关键词： 电磁流量计   瞬态测量   电压电流比值   电压电流微分   微分干扰补偿   低功耗  

摘要： 电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律的流量测量仪表,由于其测量管道内无阻挡体、可靠性高等优点,被广泛用于测量导电液体。目前电磁流量计大多采用稳态测量方式,在励磁电流稳定段的靠后部分测量流量。这虽然保证了测量精度,但导致电磁流量计功耗大,发热严重;同时,不便实现低功耗和便携式。为了降低励磁功耗,研究瞬态测量方式。瞬态测量方式利用励磁电流的瞬态段测量流量,励磁电流没有稳定段,大大减少励磁时间,从而降低励磁功耗。但是,瞬态测量时的励磁电流和信号电压都处于随时间变化的瞬态过程,信号电压不仅与管道内流量相关,还受时间的影响,这导致难以确定信号电压与管道内流量之间的关系。为此,通过研究瞬态时的信号模型,分析瞬态过程的励磁电流和信号电压,提出电压电流比值、电压电流微分和微分干扰补偿这三种测量方法;其中,电压电流比值方法通过电压除以电流并进行同相位取点,消除时间的影响,确定电压电流比值与流量的线性关系;电压电流微分方法通过微分后的电压的除以微分后的电流,消除时间的影响,确定电压电流微分比值与流量的线性关系;微分干扰补偿方法通过实时计算微分干扰对电压进行补偿,将补偿后的电压除以电流,消除时间的影响,确定处理结果与流量的线性关系。为了验证三种瞬态测量方法,研制基于DSP的电磁流量变送器硬件,采集瞬态时的励磁电流和信号电压,用Matlab编写这三种方法的程序对数据进行离线处理。离线处理结果表明,这三种方法的处理结果与流量之间均有良好的线性关系。编写基于DSP的电磁流量变送器软件,实时实现三种瞬态测量方法,进行水流量标定和功耗测试实验。实验结果表明,采用瞬态测量方法的电磁流量计测量准确度达到0.5%,与普通电磁流量计的测量准确度相同。功耗对比表明,基于瞬态测量原理的电磁流量计的励磁系统功耗是普通电磁流量计的1/1200,极大地降低了功耗。

关键词： 分布式存储   高性能   低功耗   副本   纠删码  

摘要： 随着移动互联网、物联网、云计算的高速发展,数据量也在突飞猛进的增长之中,这不仅为数据存储行业带来了巨大的市场空间,同时也对海量数据的高效存储和管理能力提出了前所未有的挑战。面对这海量的数据,如何根据数据的不同特性对数据进行分层存储是本文的研究重点。本文的研究目标是实现一个高性能低功耗分布式存储系统,为了完成本文目标,本文经历了以下研究阶段。首先,本文调研了国内外的存储方案,综合对比了它们的优缺点,并学习了它们的存储架构。伴随着数据量的剧增,数据的存储和访问策略也开始分化。本文接着根据数据被访问的频率将数据划分为热数据和冷数据并分别采用不同的冗余策略进行存储。在综合调研学习了多种冗余策略后,本文最终选择使用副本复制冗余策略存储热数据,选择纠删码冗余策略存储冷数据。本文将系统分成热数据层和冷数据层并分别实现。在实现冷数据层的过程中面临着低功耗、高存储空间利用率等诸多要求。本文选择定制化的存储服务器以及普通硬盘来存储数据,并对每个硬盘进行电源控制,大大降低了功耗。在实验对比了使用不同参数的纠删码的性能后,本文最终采用了原始数据块为12块,校验块为4块的纠删码方式,存储空间利用率为0.75,大大提高了存储空间利用率。在实现热数据层的过程中面临着高性能的要求,本文采用三副本复制的策略进行存储。热数据层采用一致性哈希算法进行数据分布并实现了对象存储,之后又在对象存储的基础上实现了FUSE接口,提供了完整的文件系统。通过将访问量逐渐减少的数据由热数据层转储到冷数据层来达到分层存储的目的,本文实现的分布式存储系统具有高性能、高可靠性、高可用、低功耗等特点。

关键词： 解决方案   物联网   收发器   移动通信业务   低功耗  

摘要： 国内新闻紫光展锐发布5G通信技术平台——马卡鲁及其首款5G基带芯片—春藤510紫光集团旗下紫光展锐近日发布了以世界第五高峰马卡鲁命名的5G通信技术平台及其首款5G基带芯片——春藤510。紫光展锐在2018年发布了物联网产品品牌——春藤,助力万物互联。马卡鲁作为紫光展锐全新5G通信技术平台,将持续助力展锐春藤物联网产品向5G蔓延发展。不久的将来,紫光展锐将陆续推出基于马卡鲁技术平台的春藤产品系列。同时,紫光展锐也发布了其首款基于马卡鲁技术平台的5G基带芯片——春藤510,它采用台积电

关键词： 水下无线光通信   多像素光子计数器   脉冲位置调制   低功率通信  

摘要： 基于人们在海洋开发过程中的水下通信需要,水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)应运而生,并凭借其丰富的带宽和速率优势,以及使用、维护上方便的特点在水下通信领域占据一席之地。然而,相比于水声通信,水下无线光通信的通信距离受到比较严重的限制。且在较长通信距离下,无线光通信设备收发端之间的对准要求也非常严格。本文旨在研究具有高灵敏度的单光子雪崩探测器和适合于长距离水下光信号传输的调制格式,并基于二者建立一种长距离、低光功率的水下无线光通信系统。本文中所研究的内容以及取得的成果如下:(1)我们首先调研和分析了近年来水下无线光通信的发展状况,总结了其中所用的调制方式和探测器件种类,并对其中适合于水下长距离信号传输的,具有高信噪比和能量利用率、低误码特性的脉冲位置调制(Pulse Position Modulation,PPM)方式和高灵敏度、具有信号强度分辨能力的多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter,MPPC)进行了原理、结构的学习和分析。进一步,我们对MPPC在数学上分析推导了单个光脉冲信号与一段时间内的多个光脉冲信号情况下的响应,讨论了光强、死区时间、信号宽度等参数对响应的影响,并介绍了利用等效光子阈值滤除MPPC中由背景光和暗计数引起的非信号脉冲的方法。(2)根据上一部分的分析和讨论,以结合了 PPM调制格式和MPPC的水下无线光通信系统来延长通信距离,并尝试了以极低的发射光功率在46m长的水下信道中进行通信。在基于蓝光激光和模拟输出型MPPC的水下通信试验中采用了 4阶至64阶的PPM信号和5 MHz至10MHz时隙发送频率,以最高发射光功率0.172 mW,最低发射光功率1.7μW 实现了无差错通信。同时,讨论了系统中如放大器,偏置电压等带来的问题和对通信的影响。(3)使用基于PPM调制、单颗低功率蓝光LED和含等效光子阈值的数字输出型MPPC的水下无线光通信系统进行46 m水下通信,并尝试了在5 MHz时隙发送频率下的8阶至64阶PPM信号的传输。结果以最高19.5 pW,最低3.4 pW的极低接收光功率实现了满足前向纠错条件的通信。同时通过对结果进行分析,验证了等效光子阈值设置在略低于入射光强的位置时能够有效率滤除噪声信号并简化信号幅度计算的功能。最后,对MPPC实际输出脉冲的过程模型与光子入射的理论过程模型进行了讨论,验证了弱光入射的情况下两者的高度相似性。

关键词： 物联网   低功耗   无线通讯   传感器   智能抄表  

摘要： 在水表行业中,传统的人工抄表是一种费时、费力且抄读不够精确的工作方式,同时机械水表恶意的倒置安装、微量水流计量准确度不高以及水路管网中漏损预警和排查较为困难的原因,都会造成水资源和人力资源的浪费。为了解决这些弊端,本课题将采用物联网与低功耗技术搭建智能水表系统,以实现远传水表的数据抄读。本文通过对系统架构分析以及设备功能分析,把系统自下而上分为四层分别进行设计:感知层的设计是通过传感器技术实现机电转换,并将基表数据通过有线或无线通讯上传的终端设备。网络层的设计是根据抄读流程对终端进行数据管理、采用固定网方式调整路由网络、与服务器通过数据交互搬运数据的集中器设备,以及承载网络路由功能的中继器设备。数据层的实际是对计量数据的采集、存储、分析和管理的服务器。应用层是基于网络版的全方位系统功能展示设计。为了设计的实用性,对智能水表抄表系统设计进行了硬件和软件的实现,并进行了工业级测试。通过使用自动化计量抄表应用软件对终端的机电数值准确率、集中器抄读成功率、服务器可靠性等项目进行测试,都取得了较好的测试成果。目前,本课题研究的智能抄表系统已在企业中得到了实际应用。