集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

英特尔4004微处理器的诞生

Stuart Cording (英国), 禾沐(译者)

2022, 22(5): 1-3.

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技术专题—泛在电力物联网应用

LoRa与轻量化5G的用电信息采集系统设计^*

安立源, 葛红舞, 赵华, 程程, 范镇淇, 赵振非

2022, 22(5): 4-8.

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本文设计了一款以LoRa组网方式为主且兼容多种通信协议的用电信息采集系统。系统中网关以国产5G模块为主控模块进行拓展设计,通过裁剪相关频段和射频通路降低了设备复杂度,实现了轻量化5G技术的应用。提出的自适应算法通过调整LoRa模块发射功率可以在保障通信质量的前提下降低系统功耗。测试结果表明,系统有效通信距离可达8 km以上,完全满足使用需求。裁剪后的轻量化5G网关在成本降低60%的情况下,性能表现仍可达到工业级5G CPE性能的80%以上,性价比优势明显,具有一定的推广价值。

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技术专题—泛在电力物联网应用

机器人视觉导航传感器的电力设备运行采集与分析

张峰, 杨欣, 吴頔, 杨柳, 施冬钢

2022, 22(5): 9-13.

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本文提出了一种基于机器人视觉导航传感器技术的电力设备运行采集系统。利用单目视觉算法完善机器人的导航定位功能,进而实现电力设备运行状态的采集,还设计了电力设备运行分析系统,包括用户管理模块、检测电池性能模块、检测变电设备模块、检测输电设备模块、电力设备信息管理模块,采用Hadoop中的关键技术HDFS和Map Reduce,实现电力设备运行数据的分析。实验结果表明,本文研究的系统对电力设备运行采集的速率达到了2 450条/min,并且采集数据更新频率在47 s/次,能够实现电力设备运行采集的实时性。

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技术专题—泛在电力物联网应用

CortexM4在线更新程序在电力二次设备的应用

王长清, 周强, 赵天恩, 李响

2022, 22(5): 14-16.

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基于Cortex-M4架构提出了一种安全在线更新方法,介绍了在ATSAME54芯片上的具体实现,描述了硬件设计方案,详细介绍了软件设计实现BOOT和应用程序安全在线升级机制。该实现机制安全可靠,应用于电力二次设备在线升级,具有一定的使用价值,对于MCU现场安全升级具有一定的参考意义。

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技术专题—泛在电力物联网应用

共享服务的数字电网需求“自响应”关键技术研究^*

敖知琪, 刘竹青, 黄焯恒

2022, 22(5): 17-20.

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在传统电网中,需求响应一直以人工操作的方式实现,不但效率低下,而且容易产生业务处理错误。本文采取合理的接口设计方法和功能模块的划分,对数字电网需求中的“自响应”功能进行设计,重点实现“自响应”的数据资源共享服务的应用接口,满足电网发展的自动化需求。在对市场及用户需求调研的基础上,分析业务的设计环节,对响应信息交换系统的组成和结构进行研究。系统设计采用三层架构模式,设计了需求“自响应”的客户端和服务器,结合功能模块对关键技术进行研究,对该领域的研究具有实际的指导意义。

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专题论述

使用多块不连续空间实现堆的软件方法

刘冰, 夏传东

2022, 22(5): 21-24.

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由于STM32F407的SRAM地址不连续,造成动态内存分配存在问题,不能利用全部的片内192 KB SRAM资源。因此,本文介绍了使用多块不连续内存空间实现堆的软件方法,以及在STM32F407单片机上的软件实例。该方法可作为类似的单片机软件开发项目的参考。

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专题论述

RPA机器人的供应链数据采集、分析与应用

胡永焕, 倪小舟, 李俊颖, 陈之浩, 李一帆

2022, 22(5): 25-29.

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为了提高供应链数据的管理水平,首先设计了基于RPA机器人应用技术的供应链数据采集系统,利用互联网的三层架构方式,将RPA机器人与感知层数据进行通信,采用软硬件相结合的方式实现了供应链数据采集的功能,利用供应链RFID数据分析方法将供应链的RFID数据统一成供应链正常运行中的时间序列格式,从而实现对供应链数据的分析与应用。实验结果表明,在数据规模为1000时误报的次数只有12次,并且在数据规模小于1000时误报次数均少于12次。

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专题论述

GNU调试器中的远程通信协议深入解析

赵纪堂, 耿锐, 林广栋

2022, 22(5): 30-33.

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GDB(GNU Debugger)作为广泛应用在嵌入式交叉调试的一款开源调试器,得到了广大开发人员的认可。本文对GDB调试器中的远程通信协议格式进行深入解析,可以为GDB移植到不同处理器架构提供参考。

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专题论述

海量工业大数据并行传输与扩容存储系统设计

胡刚, 李贺, 张桓, 李伟斌

2022, 22(5): 34-38.

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针对数据存储安全性差、数据传输服务器负载压力大等问题,本文设计了海量工业大数据并行传输与扩容存储系统。并行传输子系统通过用户界面模块、无线通信模块以及USB模块等相互协作,采用FPGA并行传输技术,基于Cyclone V系列核心处理器,将字符编码后以P2P形式进行并行高速传输;扩容存储子系统通过整合dedup与map/reduce技术删除接口采集的重复数据,利用大数据安全容错算法控制数据的收敛程度与弹性,实现大数据扩容存储。实验结果证明,系统的大数据存储完整度较高;能够实现大数据稳定并行传输;数据存储安全性高,且在大数据并行传输时,服务器实时负载压力始终未超过20%。

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技术纵横

基于大数据的智慧城市照明节能策划研究

杨芳

2022, 22(5): 39-43.

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本文设计了一套照明系统,并对照明灯具安装方案的相关系数进行优化,以此达到节能的目的。本研究利用遗传蚁群算法对灯具安装方案系数进行寻优,并针对算法的运行效率和设计方案的能耗进行验证。试验结果表明其运行时间消耗减小28%,并且本研究设计方案与遗传算法进行比较可以得出其能耗减小11.46%,与原始方案比较其能耗减少16.71%,该设计方案的运行耗时和能耗都有较大程度降低。

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技术纵横

基于非标高分辨率LCoS的视频驱动方案^*

吴佩雯, 张昕, 邱天, 赵博华, 吴建邦, 林晓燕, 符晓

2022, 22(5): 44-48.

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本文基于ZYNQ与非标高分辨率LCoS微显示芯片设计了一个视频驱动方案。首先,对传统显示驱动系统中的输出模块、存储模块进行改进,将存储芯片挂载到ARM端,以节约端口资源;其次,对输出模块进行改进,添加了分辨率转码与型号格式转码设计;最后,基于上述算法进行改进,设计出更节约功耗的方案,每个模块给出实验数据与仿真结果,结合上述实验结果分析方案的可行性并进行板级验证。改进后的显示系统搭建好后可以实现LCoS微显示芯片分辨率为5 760×3 240、灰度等级为256的视频信号。实验结果表明,本方案通过对存储模块与输出算法的改进,克服了目前非标准高分辨率显示所遇到的两大难题,将1 920×1 080的HDMI视频信号成功展宽为5 760×3 240进行输出,效果良好。

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技术纵横

基于CEVA XM4 DSP平台D2C算法实时实现

蒙敏荣, 王萍

2022, 22(5): 49-52.

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深度图像与彩色图像对齐算法将同一时刻深度相机产生的深度图像与彩色图像对齐,其在嵌入式平台的实时实现是3D应用小型化的重要步骤。基于AR9201平台的CEVA XM4 DSP具有低功耗、高计算的特点,本文结合CEVA DSP的指令特点,提出一系列针对D2C算法的优化方法,使其满足工程指标要求。工程实践结果表明,优化后的D2C算法在系统工程环境中表现良好,该优化算法经过DSP多核并行处理后,分辨率为960P的深度图像与彩色图像对齐,平均帧率达到30 fps,并且对齐精度满足工程需求。此外,该算法的优化方法也为其他图像处理算法在类似嵌入式平台的实时实现提供了参考。

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技术纵横

面向车载异构平台的高性能视角转换算法

王光宇, 陈福, 雷煜靓, 杨兵

2022, 22(5): 53-56.

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现有的车载全景影像系统普遍存在低实时性和图像质量不佳的问题,针对其中消耗时间和硬件算力最多的视角转换进行重点优化,阐述一种面向车载异构平台的高性能视角转换算法。首先结合有效线段检测和角点检测设计一种改进的最优控制点检测算法,甄选出精确的角点坐标用于透视变换矩阵的求取;然后采用基于局部的双矩阵视角转换算法,得出效果优良的俯视图;最后基于开放运算语言在车载异构平台上实现整套算法。实验结果表明,该算法在硬件友好的基础上缩减了计算耗时,有效提升了图像转换质量和车载全景影像系统的实用性。

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新器件新技术

FCAE1553网络互连控制系统设计与应用

王亘, 周海洋, 金泰印, 韩青, 刘庆山

2022, 22(5): 57-61.

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随着对设备性能及通信速率的要求不断提高,MIL-STD-1553总线逐渐难以满足军用系统的通信需求。本文提出了一种FC-AE-1553网络互连控制系统的设计和实现方法,解决了传统总线易受电磁干扰、可靠性差、大数据传输实时性差、布线复杂等问题。

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新器件新技术

基于FMQL的国产化控制平台的设计与实现^*

甄国涌, 张昊宇, 陈建军

2022, 22(5): 62-66.

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为了提高某国产化有线单元测试台的传输速度,提出采用FMQL系列芯片作为主控芯片进行指令数据的下发与上传。基于FPGA的以太网数据传输应用广泛,但国产芯片中支持千兆以太网的控制器芯片极其匮乏,导致实现全国产化千兆以太网的传输非常困难。针对这一问题,提出利用集成ARM与FPGA的FMQL系列芯片作为主控芯片,在该芯片内部通过AXI-Stream总线与背板总线的协议转换,完成了测试台背板总线与上位机的数据传输,速度达到20 Mbps,能够满足功能需求。

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新器件新技术

基于CANopen协议的侦察臂多电机运动控制系统

朱凝华, 夏雪蛟, 范会兵

2022, 22(5): 67-69.

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本文对 CAN的高层协议CANopen进行了阐述,对 CANopen主从站节点的功能与设置进行了研究。结合实际的侦察臂多电机运动控制系统构建了CANopen主从站节点, 开发了基于STM32F407微控制器的 CAN 总线高层通信协议 CANopen,完成了系统软硬件设计,实现了基于 CANopen协议的多电机系统实时控制,该控制方式具有较强的在线可控性、可扩展性和通用性。

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新器件新技术

FPGA控制的以太网接口数据转发装置设计

文丰, 卫冠荣, 贾兴中

2022, 22(5): 70-74.

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本文设计的数据转发装置是某型号飞行器图像采集装置的一部分,数据转发装置以FPGA作为主要控制核心,W5300作为主要接口芯片,搭建了以太网接口模块、USB通信模块以及电源管理模块,主要实现了为可见光采集设备供电并将采集到的图像数据经过编帧打包后传输至上位机或数据存储装置的功能。实验结果表明,该数据转发装置供电可靠、数据传输速率可达4 Mbps,性能稳定,现已广泛应用于飞行器的飞行试验中。

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应用精选

基于LabVIEW的嵌入式控制系统快速原型平台设计

久元溦, 刘志宏, 翟耘萱, 田园, 张晗

2022, 22(5): 75-78.

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本文提出了一种基于LabVIEW的嵌入式控制系统快速原型平台设计。该设计采用基于嵌入式系统和PXI总线控制器的通信、驱动、反馈板卡搭建了数据接口层系统硬件。同时,基于LabVIEW、Simulink和VeriStand环境开发了模型实时仿真层软件系统,构成了快速原型平台的虚拟控制器。基于该平台,可以将设计的算法模型下载至实时虚拟控制器中运行,在实际控制器开发完成之前就可以考察控制算法的性能,有效缩短研制周期。该快速原型平台具有实时性好、可移植性高等优点,方便用户进行建模、设计和仿真工作,可广泛应用于各类嵌入式控制系统中。

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应用精选

智能云视频宠物陪伴机器人设计^*

高菲, 孙清闻, 李帅, 孟萍, 张嘉赫

2022, 22(5): 79-83.

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设计了智能云视频宠物陪伴机器人。使用内嵌四核ARM Cortex-A53的NXP iMX 8处理器作为主控制器,搭载Linux操作系统;改进PID闭环速度算法可以更智能、精准地控制麦克纳姆轮,使机器人具备平面全向运动能力;使用带有FOC控制的无刷电机控制云台上安装的摄像头,实现水平方向360°旋转;基于Intel 9260无线模组实现Wi-Fi和蓝牙通信;通过FFmpeg编码、RTMP协议推送、Nginx服务器转发摄像头实时数据流。机械臂可根据用户需求安装/更换宠物的互动模块,实现远程环境监控和实时云视频宠物互动。视频数据推拉流平均延时约为150 ms,机器人在距离Wi-Fi节点约10 m范围内均有较好响应。

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应用精选

一种多片FPGA集成系统的设计方案

吕玄兵, 王振华, 周东杰, 田晓鹏

2022, 22(5): 84-87.

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本文结合继电保护装置国产化的设计需求,提出了一种多片FPGA集成系统设计方案。本方案选用多片性能稳定的小容量国产FPGA,以星型结构进行集成,通过主节点FPGA实现系统外围单一接口的逻辑功能和CPU与从节点FPGA的数据转发功能,通过从节点FPGA实现系统外围易重用接口的逻辑功能,设计自定义互联接口实现主从FPGA数据交互,所有FPGA基于同一系统时钟和复位同步化运行。本系统实现简单、稳定可靠,已开始在国产化试点工程中挂网运行。

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应用精选

人工脉冲神经网络的AI数据融合平台设计

简丽娜, 童旸, 倪修峰, 高志国, 程汪刘, 李飞

2022, 22(5): 88-91.

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当前物联网系统中数据格式不统一,对大量数据进行处理分析和存储较为困难,本研究基于人工脉冲神经网络建立了新型AI数据融合平台,对多种数据源进行整合处理。对传统的神经网络进行改进,提出改进型的脉冲神经网络,结合了BP神经网络的空间信息,将脉冲信息通过膜电压的变化转换为时间信息,输出层输出的数据结合了空间信息与时间信息。结合多层双向LSTM网络建立PALC模型,提取数据的形态特征和语义特征,对平台中非结构化数据的实体信息进行抽取和融合。实验结果显示,本研究数据融合平台的数据库每秒查询率更高,QPS最高可达到59 863,信息抽取的准确率最高为99%。

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产业技术

5G时代下的互联设计挑战及其解决方案

安富利公司

2022, 22(5): 92-92.

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产业技术

embedded world China Conference 2022论文征集中！

2022, 22(5): 93-96.

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