集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

2022年的创新组件和解决方案

Stuart Cording(Elektor), 禾沐(译者)

2023, 23(6): 1-3.

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专题论述

远程在线更新FPGA多版本程序的方法

朱道山

2023, 23(6): 4-7.

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研究了现有航空机载平台FPGA芯片远程在线更新的两种方式,提出了一种全新的远程在线更新FPGA多版本程序的方法。该方法采用RapidIO总线,通过CPLD引导具有远程在线更新能力的FPGA基础版本程序,实现FPGA程序远程在线更新。该方法可靠性高,有效提高了FPGA程序更新的速度。

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专题论述

一种SoC时钟复位管理电路设计与验证

李超, 赵启林, 戴兆麟, 刘璐

2023, 23(6): 8-11.

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提出一种适用于片上系统的时钟与复位管理电路,并搭建验证平台予以验证。该设计集成复位信号生成电路、复位同步释放电路、基准电压源、压控振荡器、锁相环、时钟门控电路等。数字电路设计基于180 nm标准单元库搭建,基于System Verilog语言搭建了一个功能完备的自动化测试平台,代码覆盖率与功能覆盖率达到100%。相比传统设计,该电路所有单元均在内部,集成度高、可靠性强。

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专题论述

基于UWB与RTK的高精度室内外行人定位系统研究^*

周海斌, 杨国伟, 王国帅, 何羽恒, 冯治超

2023, 23(6): 12-16.

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针对单一定位技术难以实现室内外全场景定位的问题,设计了一种用于行人的联合超宽带(UWB)、惯性单元和实时动态载波相位差分技术(RTK)的定位系统。室外定位采用RTK定位,并结合惯性导航的行人航位推算(PDR)实现卫星信号遮挡区域定位。室内定位采用超宽带双边双向测距技术,并结合PDR实现非视距区域定位。室内外过渡区域定位则利用结合波峰检测法与非线性步长估计优化后的PDR定位,以提高其精确性和可靠性。测试结果表明,所提方法有效减小了信号遮拦、非视距情况下的定位误差,实现了室内外区域定位平稳过渡,整体平均定位误差在0.137 m左右。

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专题论述

一种并行信号多核DSP的块数据处理和传输方法

唐宇

2023, 23(6): 17-19.

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针对并行信号处理和传输资源消耗大的问题,利用高速RapidIO总线将多核DSP全互连,数据通过内存映射共享,8个核可分别并行传输和处理数据,轻量级包头的RapidIO块传输速率高、复制数据少、效率高。经验证大大提高了数据吞吐率、减少了传输时延,解决了传统FPGA器件实现并行计算编译时间长、调试困难、价格昂贵等问题,可推广到雷达信号脉冲压缩、SAR图像处理、分布式智能云计算等领域。

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专题论述

面向可重构AI芯片的编译框架设计

于振华, 王向前, 吕亚飞

2023, 23(6): 20-23.

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针对LUNA体系结构的特征,设计了高效的类C语言的数据流编译框架NLANG,采用C+原语的静态图编程模式描述LUNA的计算逻辑,提出了外层原语—内层原语—低层原语的3层框架对静态图进行高效转换,分析当前计算特征,归纳出相应计算模式,根据计算模式自动生成匹配的硬件连接配置。性能评测结果表明,NLANG编译器生成的汇编代码效率能够达到手工汇编效率的90%以上。

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专题论述

MCU电磁干扰失效分析与软硬件解决方法

温禄泉

2023, 23(6): 24-27.

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介绍了一个在电磁干扰下的MCU失效案例,通过展示一步步的调试分析以及完成多个对比论证实验,在最终寻求到多种解决方案的同时,也深入体验到不同厂家芯片间的差距。文中对Flash等待周期的影响进行了探讨与论述,由于各厂家在其用户手册都未对此做过多的原理与作用上的阐述,很多用户一知半解、生搬硬套,然而这个概念在各种干扰场景下的理解与使用却有着非常重要的作用。

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技术纵横

电力监控自动化系统中信息安全漏洞分析方法^*

周自强, 景峰, 杨大哲

2023, 23(6): 28-32.

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针对电力监控自动化系统中信息安全隐患问题,提出一种电力监控自动化系统中信息安全漏洞分析方法。该方法采用自动化监控与智能化处理技术来分析系统中信息安全漏洞情况,采用基于马尔科夫链在支持向量机优化算法的优化组合分析系统中存在的安全问题,通过智能模块分析终端上传的检测数据推算出系统内信息安全对系统的影响,从而制定出最优解决方案。实验结果表明,通过该方法检测出的数据精准度高达90%以上,表明该研究基于信息安全漏洞分析方法的正确性,为完善信息安全漏洞分析技术奠定了基础。

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技术纵横

数据处理模块DSP程序在轨升级方法

宣浩, 张宏财

2023, 23(6): 33-35.

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论述了在某星载项目中如何通过外部星载计算机设备对数据处理模块DSP程序进行在轨升级。本文给出了在轨升级的机理和实现方法,此方法在实际操作中被证明安全可靠,可作为相似星载项目中对系统在轨升级的参考。

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技术纵横

TPCM的轻量型安全可信启动方法^*

张翔, 王元强, 聂云杰, 杨晓林, 赵华, 陈民

2023, 23(6): 36-39.

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为保证电力系统嵌入式装置能够安全可信启动,提出了一种基于可信平台控制模块(TPCM)的轻量型可信启动方法。以TPCM中固化的COS作为硬件可信根,上电之后优先于CPU启动,挂起CPU复位信号,成功验证u-boot完整性后,CPU解除复位并启动,并通过增加安全用户、设置密码保护和过滤相关指令的方法加强u-boot管理,同时利用签名及加密技术对内核进行完整性校验,建立一条从装置上电开机到内核启动的信任链。该方法利用TPCM芯片的安全可靠性,通过硬件加密方法实现密钥的保护,保证整条启动链的安全可信。该方法已在电力系统中的某些智能监测终端中应用。

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技术纵横

基于Quickboot技术的FPGA在线升级

宋志毕, 方芳

2023, 23(6): 40-44.

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介绍了基于Quickboot技术进行FPGA在线升级的原理,结合具体的FPGA和FLASH芯片给出了具体实现过程和步骤,包括对存储区域划分、FPGA重配置、Quickboot头的说明,并设计了数据通信帧格式和软件操作流程。该方法不需要额外增加器件,可靠性高、易于实现。

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技术纵横

一种可见光通信的定位机器人设计^*

丁新民, 贺文强, 罗中华

2023, 23(6): 45-47.

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目前的定位技术主要是基于全球定位系统(GPS)的室外定位技术,如果在室内,GPS的误差会比较大。传统方式采用摄像头采集图像,通过算法进行定位,但是其成本高,应用比较复杂,因此本文设计了一款基于可见光通信的定位机器人,采用ROS系统进行开发,通过可见光通信获取位置,通过光照传感器得到靠近或者远离目标的位置,最终实现在室内进行定位。

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新器件新技术

NB-IoT和eMTC远程无线物联网通信开发应用

怯肇乾, 徐鹏, 孙建言

2023, 23(6): 48-51.

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在LPWAN中,NB-IoT和eMTC技术一推出便在远程无线物联网通信中获得了广泛应用,其应用设计的关键是选择好性价比高的NB-IoT/eMTC芯片或模块编程实现UDP/COAP/LwM2M/MQTT等协议。开发产品时,含有NB-IoT/eMTC的终端设备接入软件系统,可以通过OneNET等中间云服务平台,也可以基于COAP等协议直接进行灵活构造解析,完成采集数据的上报和控制数据的有序下发。区分不同应用场景采取不同的数据收发和低功耗策略,可以发挥NB-IoT/eMTC的优良性能。

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新器件新技术

基于ZYNQ的双目视觉处理系统设计

张宏宇, 焦新泉, 贾兴中

2023, 23(6): 52-56.

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针对现代工业需求,设计了一种基于ZYNQ的图像采集、畸变矫正、代价计算、代价聚合的双目视觉系统。实验结果表明,该系统仅以1.649 W功耗完成图像的采集矫正并最终得出视差图,计算速度较传统PC有极大提升,计算结果误差仅为0.121个像素。

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新器件新技术

基于AR的高压铁塔验收无人机交互技术研究^*

张四江, 李正发, 黄林柯, 王争辉, 张东升

2023, 23(6): 57-60.

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为改变输电线路铁塔验收的人工登高作业方式,开发了基于AR的铁塔验收无人机系统。首先制订了铁塔无人机验收规范;通过Unity引擎对AR眼镜内部场景进行虚拟化建模,搭配MRTK开发套件,实现跨设备人机交互操作;利用AR眼镜设计人的头部自然动作与无人机控制指令间的映射规则,通过局域网RTSP串流将无人机拍摄的视频发送到AR眼镜,相当于无人机带着人的眼睛开展铁塔验收工作,解决了传统无人机巡检难以应用于铁塔验收的难题。

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新器件新技术

基于SURF算子的遥感图像配准方法研究^*

李维, 王瑞, 邓传斌

2023, 23(6): 61-64.

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为了解决遥感图像配准的可靠性和实时性问题,提出了一种基于SURF算子的图像自动配准方法。SURF算法提取图像中适应旋转尺度变化的局部不变特征角点时使用积分图像的计算,可有效提高检测速度,用于对实时性要求高的场合,选择基于欧氏距离的最近邻与次近邻的距离之比作为相似度测量方法。多种不同场景图像对比实验结果表明,该方法可实现多种复杂图像的精确配准,自动化配准程度高。

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新器件新技术

基于LightGBM-Stacking模型融合的多传感器甲烷检测系统^*

刘小飞, 陈向东, 丁星, 周龙

2023, 23(6): 65-69.

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利用多传感器检测技术结合集成学习方法,设计了一种基于LightGBM-Stacking模型融合的多传感器甲烷检测系统,其中分别使用恒压供电式催化燃烧型传感器、两路脉冲供电式催化燃烧型传感器和热传导型传感器相结合的方式达到全范围检测的目的。实验结果表明,相比使用单一算法模型,本文所提出的LightGBM-Stacking集成模型在甲烷预测的准确率、均方根误差及决定系数等指标上均有更好的表现。

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应用精选

基于物联网的电动汽车电池管理智能解决方案^*

费维科, 刘振华

2023, 23(6): 70-73.

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提出了一种基于感知层、网络层和应用层三层架构的物联网电动汽车锂电池组高精度管理智能解决方案。该方案采用BMS智能物联系统和Thevenin电池智慧管理模型,实现对单体电池组电压、电流实时采样和电压均衡控制,同时通过ESAM电池模块、手持终端PSAM模块测量电池组充放电电流,实现对BMS电池信息采集与处理、CAN电池信息传递与汇总及EVT电池信息识别与监测。通过搭建MATLAB/Simulink仿真实验平台,模拟测试24串磷酸铁锂电池组运行工况,电池荷电状态估算值误差精度在±5%内,从而验证了本文解决方案的可靠性与电池模型、估测算法的精准性。

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应用精选

人脸遮挡识别技术在智能备件柜身份认证中的应用^*

杨文勇, 韩帅, 张楠, 庞乐乐

2023, 23(6): 74-77.

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研究人脸遮挡识别技术在智能备件柜身份安全认证中的应用,以提高智能备件柜的安全性。依据人脸肤色以及形状特征定位人脸位置并对图像进行灰度归一化处理,采用稀疏编码方法将遮挡人脸图像的局部特征转变为特征向量,运用支持向量机构建遮挡人脸图像分类器,根据输出结果判断实时采集的人脸与数据库人脸图像是否匹配,实现智能备件柜的身份安全认证。实验结果表明,该方法能够准确识别遮挡人脸完成身份安全认证,人脸识别的误识率低,识别速度快,可保障智能备件柜安全。

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应用精选

一种天通一号卫星通信系统应用处理单元^*

王傲月, 王晋阳, 梁显锋, 刘守印

2023, 23(6): 78-82.

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完成了一种应用于海上微小型浮标端天通一号卫星通信系统应用处理单元(AP)的设计与实现。AP单元不仅控制伺服单元实现恶劣海况下天线自动跟踪卫星信号波束,而且实现卫星通信系统快速接入天通一号卫星网络并进行数据传输的功能。模拟四级海况条件下的测试结果表明,浮标体横摇角在-30°～+30°范围内,AP单元驱动伺服单元实现卫星信号波束跟踪精度优于2°,通信系统在10 s内快速稳定接入卫星网络,能实现海上浮标和岸基站间1.2～384 kb/s码率的实时通信。

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应用精选

基于单片机的窄带电力线载波通信模块设计

石自辉

2023, 23(6): 83-87.

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设计了基于通用单片机的电力线载波通信模块。首先给出了载波模块的总体设计,其次进行了详细的软硬件设计,最后进行了模块测试。载波模块采用瑞萨高性能单片机R5F100BE、UTC的解调芯片MC3361BPL及外围电子元器件,设计了过零检测电路、载波耦合电路、载波发送放大电路、载波解调电路,形成了先进的低成本电力线载波模块硬件。软件采用了BFSK调制、直接扩频技术,设计了单芯片三信道通信软件流程,在有限的计算资源下实现了三信道通信互不影响,并给出了发送与接收模块程序设计、DFT解码算法设计,实现了高灵敏度的421±15 kHz频率的电力线载波通信。该设计具有实现成本低、研发投入小等优势,在电力线物联网领域具有一定的实用价值。

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应用精选

阵列式炸点声音定位系统设计^*

武佳宏, 王黎明, 庞存锁, 苏灿生

2023, 23(6): 88-91.

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利用炸点声音进行定位是目前热门的定位方法,为此设计了一个阵列式炸点声音定位系统,完善了所采用的阵列式炸点声音采集电路,包括大动态声音处理模块、多量程信号比较模块、数据处理模块等。通过Multisim仿真验证了阵列式炸点声音采集电路功能,其中大动态声音放大电路可以高倍数放大声音信号,将获取的微小信号放大成可处理的声音信号,多量程信号比较模块采用多阈值结构进行处理,比较后输出具有声音信息的逻辑信号。再通过单片机STM32连接上位机进行数据传输,采用MATLAB进行数据分析定位,实现对炸点位置的初步定位。

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产业技术

如何应对中端FPGA市场的挑战?

莱迪思半导体

2023, 23(6): 92-92.

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产业技术

助力采用MCU的自主系统实现自主安全性

Microchip Technology Inc. 资深技术顾问 Bob Martin

2023, 23(6): 93-96.

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