集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

浅谈传感器技术演进

Daniele Valanzuolo, 透镜(译者)

2022, 22(3): 1-2.

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技术专题—国产嵌入式操作系统技术与应用

机器人操作系统设计与优化技术

李延祺, 佟琨, 任涛, 李青锋, 牛建伟

2022, 22(3): 3-7.

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本文针对机器人智能化、网络化的发展趋势,设计和优化了机器人操作系统整体架构,针对机器人运行中间件的实时操作系统内核进行了适配和优化,完成了机器人功能组件的封装,对机器人脚本的运行时环境进行了实现和优化,研发了兼具实时性、智能化和交互性好的机器人操作系统和可视化集成开发调试平台。

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技术专题—国产嵌入式操作系统技术与应用

面向数控机床异构系统架构设计的操作系统

郭建川, 殷灿菊

2022, 22(3): 8-10.

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本文着重介绍了我国自主研发的操作系统Intewell——针对低成本硬件数控系统的一种体系架构设计。此体系结构可以为数控系统业务应用提供丰富的生态,满足数控系统HMI应用的需要;同时,为数控系统提供强实时性能,通过实时控制应用与非实时HMI应用的多业务融合可实现高速、高精度控制。

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技术专题—国产嵌入式操作系统技术与应用

基于海思芯片与鸿蒙操作系统的智慧灌溉系统设计

郭德财, 彭石林

2022, 22(3): 11-15.

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针对目前花草树木等植被的灌溉方式不智能、效率低、成本高且开发方式相对单一、不能很好地满足新时代智慧城市需求的问题,本文设计的智慧灌溉系统创新性地采用了鸿蒙操作系统。使用华为海思的Hi3861V100作为主控芯片,集成了SHT30温湿度传感器、土壤湿度传感器、抽水泵电机等模块,通过华为云平台远程实时监测和控制,根据土壤湿度的变化实现抽水泵的自主灌溉。测试结果表明,本系统可以大幅度节约水资源、减少人力成本、改善灌溉效果,且系统工作稳定。

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技术专题—国产嵌入式操作系统技术与应用

传感器网与传感器操作系统研究与实践

李道流, 汤洪法

2022, 22(3): 16-18.

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传感器的总体发展趋势是向数字化、网络化、集成化、复合化、无源化演变,要实现低成本、低功耗、模块化可融入边缘计算的智能传感器,需要传感器在不同行业应用的关键共性技术的支撑。本文针对行业应用需求特点,阐述基于共性技术的传感器操作系统开发思路及其在行业中的具体实现方案。

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专题论述

嵌入式异构多核测试的流式大数据处理系统^*

柳文波, 何鹏举, 张京妹, 李聪, 张鹏

2022, 22(3): 19-22.

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本文采用FPGA实现四通道传感器的高速数据采集、同步转换和LMS自适应降噪,使用ARM搭建了边缘计算平台,进而实现了一种云-边-端协同的测试流式大数据处理系统,并且在磨床设备检测中得到了应用。实验和现场测试结果表明,本系统可以满足实际应用的需求,为基于工业物联网的设备监测提供了一种可行的方法。

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专题论述

基于光电转换模块的光纤以太网通信设计

高永锋, 李艺江, 孙林, 潘锦业

2022, 22(3): 23-26.

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本文设计了基于光电转换模块的以太网通信方法,利用FPGA控制RTL8309芯片实现对以太网协议的发送与接收。其中单模单纤光收发一体模块打破了传统电信号的传输,通过光电转换模块可将光信号转换为电信号后,再接入RTL8309芯片中,实现对以太网的精准高速传输。

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专题论述

ARM NEON平台的D2C算法实现与优化

蒙敏荣, 张勰

2022, 22(3): 27-31.

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基于ARM Cortex-A53 处理器平台,对 NEON 协处理器的指令和编程优化方法等技术进行了分析,并以此平台进行了D2C(Depth to Color)算法的优化实现。在树莓派3B+ SDK开发板上进行了充分实验,测试结果表明,NEON/VFP 协处理器在保持高的算法精度的同时可以较好地提高D2C算法的运算效率,并且保持低功耗、低成本。

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专题论述

RBF神经网络的多特征融合目标跟踪算法^*

刘英明

2022, 22(3): 32-35.

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本文提出一种基于RBF神经网络的多特征融合目标跟踪算法。RBF神经网络是一种简单且高效的三层神经网络,可以大大提高跟踪效率。首先利用引入空间相关性的三维颜色直方图、Canny算子以及灰度图多个特征来构造RBF神经网络的输入特征向量;然后,采用三角核函数作为RBF神经网络的激活函数;最后,利用所提算法对目标进行跟踪。实验结果表明,所提算法能够对目标进行可靠跟踪,对相机移动、光照变化、目标旋转、形状变形等问题有很好的适应性。

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技术纵横

自动化检测响应的终端安全防护技术研究

宋曦, 尚为良, 刘吉祥

2022, 22(3): 36-40.

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针对终端操作系统在应用中存在的安全问题,本文研究了基于自动化检测响应的终端安全防护技术,设计了自动化检测响应的硬件,包括控制系统、自动化信号传输、开关单元的测试、通信模块和测试系统5部分。然后利用K-means改进算法对终端的安全进行检测及防护。实验结果表明,本文研究的终端安全防护技术精确度高,误差值最小为0.2%,并且在威胁攻击的次数相同的情况下安全防护所持续的时间最长。

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技术纵横

一种新的物联网传感器数据融合方法

王均

2022, 22(3): 41-45.

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针对现有技术中各种异构网络或多系统之间的数据融合难、网络利用效率低下等问题,本文研究了一种新的物联网传感器数据融合方法,设计了基于物联网传感器数据融合系统。该系统包括物联网结构层、传感器输出信号的预处理部分和信号分析处理部分,采用ADuC812单片机实现了海量数据的处理,并通过多种无线通信技术进行数据传输,通过物联网应用层可以实现人机交互。通过实验,本研究方案数据融合效果明显处于优势,并且数据分布情况呈随机性,提高了数据差异化融合能力。

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技术纵横

大量跨地域智能设备程序的远程更新技术应用^*

孙志敬 , 刘欢, 侯文峰

2022, 22(3): 46-48.

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针对工厂中的生产线数量大、地域跨度大、智能设备的嵌入式程序更新及维护效率低等问题,提出一种可靠性高的大量设备嵌入式程序远程更新的方法,运用IAP控制原理将Flash存储器分区域管理,利用中转模块组网建立通信,并解析程序文件后分包续传,实现程序的批量远程更新、双主程序的自动切换,大大减少线上智能设备的维护时间,提高生产测试工艺质量的一致性。

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技术纵横

DSP程序异常的高效检测方法

曹廷

2022, 22(3): 49-51.

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由于嵌入式系统日趋复杂,程序的复杂程度也与日俱增,这导致程序异常跳转、数组越界、堆栈溢出等异常现象时有发生,但编译器以及专业的静态代码扫描工具无法发现此类问题。程序运行时一旦发生此类异常,往往会导致系统死机等严重故障,系统死机后,留给开发人员的有用信息一般很少,常常需要花很多时间及精力才能查出导致程序异常的具体原因,因此,开发一种高效的程序异常检测手段就显得十分必要。利用DSP软件编译器的插桩功能,可完整记录程序异常前的运行轨迹数据,通过分析这些轨迹数据可重建程序异常前的运行轨迹,利用这些信息,开发人员可高效地查出程序异常的具体原因。

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技术纵横

BLE Mesh组网的可穿戴设备低功耗研究

闫云, 丁永红

2022, 22(3): 52-55.

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针对目前可穿戴式设备功耗高的问题,本文进行了基于BLE Mesh组网的可穿戴设备低功耗的研究。以可穿戴单兵冲击波损伤测评系统为例,设计了一款基于Mesh组网的单兵冲击波损伤测评系统,该系统在原有系统的基础上增加了一个蓝牙组网。由于可穿戴设备采用纽扣电池供电,为了保证该系统的功耗不能有大幅度的增加,本文采用泛洪算法和低功耗模式方法来降低功耗。通过与其他降低功耗的方法进行对比分析,验证了该算法的有效性。

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新器件新技术

基于智能手机传感器的人体行为识别技术研究与实践^*

蔡木生

2022, 22(3): 56-60.

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本文首先介绍了一种基于智能手机传感器获取加速度等数据的App设计方法,设定了15种需要识别的动作、手机位置组合类别,收集了75万条运动数据记录;其次,采用滑动窗口技术分割时序数据,构建了有针对性的时域、频域特征指标,形成了不同窗口大小、步长的新样本系列;最后,通过分类结果筛选出性能优良的4类算法,证实了深度学习在特征构建方面的良好表现,探讨了滑动窗口大小、步长对识别结果的影响。这些成果对于构建人体行为识别系统具有一定参考价值。

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新器件新技术

无线传感器网络节点基于遗传算法的充电路径规划^*

吴蕾, 赵英亮, 王黎明, 刘宾, 闫静

2022, 22(3): 61-65.

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无线传感器网络应用越来越广泛,为了解决传感器节点的能量问题,将无线充电技术应用到传感器网络中。使用无人机为传感器节点进行无线充电,但是无人机的电池容量有限,合理的规划能够让无人机以最小的充电代价获得最大的网络效用。以最小化无人机能耗为优化目标,对无人机能量消耗进行分析,将优化目标简化成最小化路径距离,并使用遗传算法对无人机规划路径。针对遗传算法不适合解决目标点多的问题,提出基于半径的聚类算法,将节点分簇,求出每个簇的充电停留点,减少目标点数目。仿真结果表明,所设计算法得到的充电路径缩短了33.52%,无人机的能量消耗降低了35.29%。

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新器件新技术

基于FPGA的LZW压缩算法实现方案

韩伟坤, 杨清祥

2022, 22(3): 66-68.

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本文提出了一种利用FPGA实现LZW压缩算法的实现方案,描述了实现LZW算法的系统框图和控制器的控制逻辑,采用Verilog语言对核心控制单元进行模块化描述设计。在Xilinx的Artix7系列FPGA XC7A100T平台上进行仿真验证,结果表明本方案可行有效,并具有较好的移植性和可扩展性。

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新器件新技术

FPGA开发板上的ARM软核构建^*

江兵, 吴敏

2022, 22(3): 69-73.

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本文基于赛灵思的Artix7开发板,简明扼要地阐述了如何构建ARM Cortex-M0 DS IP核,以及在此平台上如何用C语言或汇编语言编程等问题;并介绍了一个实例,通过项目快速地跑起来,从而提高学生进行贯穿式学习的兴趣,低成本、少资源也是搭建系统可靠的物质保障。同时,也为进一步理解系统结构和框架、后续开展一系列课程和实践的贯穿式学习打下良好的基础。

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应用精选

SM5100百兆以太网的1553B总线数据传输设计^*

苏慧思, 甄国涌, 陈建军, 贾兴中

2022, 22(3): 74-77.

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为满足航天飞控系统对国产1553B总线数据传输测试设备的需求,设计了一种基于SM5100百兆以太网控制的1553B总线数据传输系统。为弥补国产芯片的不足,通信板卡多采用信号完整性设计和冗余设计,以太网主控卡采用TCP/IP通信协议,通过自定义背板总线实现BC与RT的数据传输。系统采用FPGA作为主控制器,通过其配置相关寄存器实现B61580S6和SM5100的逻辑设计。测试结果表明,该系统数据传输可靠,无丢帧现象,可实现20 Mbps速率的稳定传输,满足航天工程应用。

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应用精选

数据传输链路的数字量通信模块设计

张岩, 文丰, 贾兴中

2022, 22(3): 78-82.

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针对某航天器上数据采编设备在随弹发射前需要对其各个功能进行模拟验证的状况,本文设计了一种以FPGA为控制核心、RS-422和LVDS接口为数据传输链路的数字量通信模块。3路RS-422用于模拟数字量传感器的输出,一路RS-422用于模拟状态。4路异步RS-422均采用UART标准通信协议,数据接收端采用多数判决原则以保证数据传输的准确性,异步RS-422传输码率为115.2 kbps。同步RS-422采用HDLC协议,用于采编器数据的回读备份链路。LVDS传输链路使用电缆驱动器CLC001和均衡器CLC014,可以实现LVDS数据通过120 m双绞线以240 Mbps的速率零误码传输。

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应用精选

LTE230电力无线专网的通信终端设备设计

姚艳艳, 孙世杰, 赵群辉

2022, 22(3): 83-87.

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针对目前LTE 230 MHz电力无线专网应用的发展,提出了一种适用于LTE 230 MHz电力无线专网的通信终端设备。该方案以ARM架构的处理器MKV58F1M0VLQ24为核心,通过UART串口与无线模组BRU2111E进行配置与数据交互,外部通信端口有串口和网口,实现与其他基站的数据交互和控制。业务终端以指令的方式控制通信终端设备与主站建立连接以及业务终端与通信终端交互业务数据。本文从硬件方面详细介绍了通信终端设备的总体功能架构、设计方案及配置模式。通信终端设备具有体积小、安装方便、使用简单的优势,能够满足电力无线专网对通信终端设备的应用需求。

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应用精选

基于碳数据采集的用能采集器研究^*

常俊杰, 周浩, 赵伟, 韩周

2022, 22(3): 88-91.

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本文基于R5F563NACDFP单片机开展了用能采集器的研究,采用主从M-BUS电路设计和多通道通信技术研制出了具备高兼容性的水、电、气、热等多能源的采集设备,实现了多协议转换、数据高效采集、主从电路自动切换等主要功能。研究成果为当前碳数据采集、综合能源建设提供了设备支持,有效支撑了碳达峰、碳中和目标的实现。

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产业技术

如何提升项目代码质量以快速通过功能安全认证

IAR Systems行业分析兼高级现场应用工程师/美国FAE团队负责人 Shawn Prestridge

2022, 22(3): 92-96.

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