集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

为什么业界会对一种新的处理器核如此关注？

禾沐

2022, 22(2): 1-4.

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技术专题—RISC-V 处理器技术与生态发展

RISCV架构的HPE和VTF中断技术研究

杨勇

2022, 22(2): 5-7.

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本文介绍了一款基于RISCV架构的快速可编程中断控制器(FPIC), 相比较标准RISCV中断控制器PLIC, FPIC具备硬件压栈(HPE)和免表(VTF)中断技术。对比沁恒自研RISCV微处理器青稞V4的中断控制器FPIC与 PLIC中断处理流程的差异, 并以通用32位互联型MCU赤菟V307为实验芯片, 验证开启与不开启HPE、VTF模式时的中断延迟实测差异。

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技术专题—RISC-V 处理器技术与生态发展

基于RISCV和云平台的智能低碳水族箱^*

张志鑫, 裴晓芳, 丁雯丽

2022, 22(2): 8-10.

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为了拓展RISCV架构系列MCU的应用, 本文设计了一种基于CH32V103的智能低碳水族箱。该设计系统由ESP8266 WiFi模块、SHT35模块、电机驱动模块等组成。利用MQTT协议与阿里云物联网平台实现对接, 同时设计Web网页端来进行远端控制。测试结果表明, 系统可以实时检测鱼缸的水位、温湿度以及实现灯光、投食、换水的智能控制。

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技术专题—RISC-V 处理器技术与生态发展

CH32V103微控制器的便携式橡胶老化检测系统^*

邓承杰, 文凯杰, 张兆瑞, 王明达, 殷晓康

2022, 22(2): 11-14.

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针对传统老化检测技术在工业现场橡胶老化检测中作业成本高、适应性差等问题, 设计了一种适用于现场环境的便携式橡胶老化检测系统。系统以CH32V103微控制器为核心, 采用叉指电极共面电容传感器检测材料老化状态, 检测数据实时显示、本地存储, 可导出CSV数据文件并通过蓝牙无线传输。测试结果表明, 本系统可有效评估乙丙橡胶材料老化程度, 具有良好的应用前景。

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技术专题—RISC-V 处理器技术与生态发展

基于CH32V103的环境参数监测系统

高春燕, 高春瑞

2022, 22(2): 15-17.

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为了弥补传统环境监测系统在监测性能上的不足, 本文利用CH32V103设计了环境参数监测系统, 并将该系统接入云平台, 保证了数据监测的稳定性。该系统采用CH32V103作为主控制器, ESP8266作为WiFi通信模块, 利用DHT11温度传感器和火警传感器获取温湿度数据和火警数据, 通过MQTT通信协议将该数据上传到阿里云物联网平台。经验证, 该系统通过WiFi方式传递数据, 避免了传统系统布线的弊端, 利用阿里云物联网平台可以及时有效地监测到温湿度的变化和火警告警, 并且能够提供数据的变化趋势, 实现了环境参数的有效监测。

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技术专题—RISC-V 处理器技术与生态发展

一种物联网型的电能监控排插

陈锐彬, 叶成彬, 李安娜, 陈楷昀, 方佐贤

2022, 22(2): 18-21.

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针对传统排插无法让用户远程监测其电能数据以及控制等问题, 设计了一种物联网型的电能监控排插。该排插以CH32V103为主控芯片、USRTCP232T2模块作为以太网模块, 用IM1281B单相交流电能计量模块实时采集排插的电能数据以及继电器控制排插关断。单片机将电能数据通过ModbusRTU协议和透传云主动上报和接收指令, 实现下位机设备与有人云物联网平台进行数据交互。用户可通过有人云平台或微信小程序对排插的电能数据以及温度进行实时查阅, 同时可实现远程控制排插的关断, 为排插的运行情况以及远程控制提供了一个有效解决方法。

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专题论述

大数据架构下的用电评价与反窃电技术探讨

谢连芳

2022, 22(2): 22-26.

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当前用电数据类型繁多、数量庞大、窃电手段多样化, 仅采用传统用电数据对比存在耗时耗力、精度较低的缺陷。本文基于BP神经网络强大的学习能力和反馈纠错能力, 建立反窃电嫌疑分析模型。实例验证结果表明, 采用构建的防窃电嫌疑分析模型的整体判定准确度保持在96%以上, 具有很高的精度, 能很好地满足使用电网监督要求。

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专题论述

网上国网能力开放平台与接入技术研究

张晓慧, 袁浩, 朱克, 田举, 钱奇

2022, 22(2): 27-31.

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本文研究了基于RESTful API网关网上国网能力开放平台, 采用WAF防护, 可实现对请求的流量进行筛选;采用请求限流的方式实现数据存储的外部服务, 保持网关无状态, 支持服务降级避免异常扩大化;采用超时熔断的方式, 实现了安全性能的提高。实验结果表明, 对比之下本文研究的性能最高, 在无认证授权的前提下每秒钟完成的请求数量为6 302, 在认证授权的情况下每秒钟完成的请求数为4 989。

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专题论述

面向MPSoC多核AMP架构的运行方案研究

龚行梁, 孙浩, 周强, 王浩, 刘伟

2022, 22(2): 32-35.

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本文针对Zynq UltraScale+ MPSoC硬件平台, 通过分析对比现有的非对称多处理架构方案, 提出一种简洁的AMP运行方案, 实现1个CortexA53核运行Linux系统, 其他3个CortexA53核运行裸核系统功能。本文从分析多核启动机制入手, 实现一种Linux用户态动态加载启动多核方案, 设计多核监督模块解决多核异常问题, 提高系统应用稳定性。测试结果表明, 本方案实现的多核动态加载启动功能运行可靠, 能够满足电力二次设备性能、实时控制的应用需求, 有效提升系统设计的灵活性, 具有较好的工程应用价值。

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专题论述

非结构化数据压缩算法在数字孪生系统中的应用^*

王珏昕

2022, 22(2): 36-40.

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针对现有的车间流程制造系统存在计算框架成本高、分类数据精度低等问题, 本研究基于配置、运动、控制和优化模型搭建数字孪生系统, 开发了一种用于数字控制的硬件在环(HIL)系统, 提出了一种基于增量学习的非结构化数据分类模型。实验结果表明, 本研究分类精度最高为94%。

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技术纵横

卷积神经网络定点化设计及FPGA实现^*

陈畅, 黄均才, 刘鉴栋, 袁晶

2022, 22(2): 41-45.

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卷积神经网络优异的性能使其在图像处理领域占有重要地位, 然而模型的实际应用多依赖于GPU, 难以部署在对功耗敏感的嵌入式设备上。为了使模型能够高效部署在以FPGA为基础的平台上, 本文提出一种卷积神经网络定点化方法, 以数据精度与资源消耗为设计指标, 根据模型中数据分布的统计以及数据类型的划分, 确定不同的定点化策略, 并给出了不同量化方法与溢出模式和硬件资源消耗的关系。使用Xilinx定点化库进行测试, 实验结果表明, 使用16位定点数对模型进行统一量化, 能够在较小的精度损失下降低硬件资源消耗, 且不同的量化模式下硬件资源消耗相同, 不同的溢出模式下硬件资源消耗区别较大。

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技术纵横

应用视频技术的目标检测与跟踪系统研究

杨杰

2022, 22(2): 46-50.

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针对工业控制中智能视频的应用, 本文研究了基于SOPC的智能视频在工业控制中目标检测与跟踪系统, 本系统包含四个模块:图像采集模块、存储模块、目标检测跟踪模块和VGA显示模块, 可以完成视频中图像的采集与处理、目标的检测与跟踪和显示等功能, 实现了运动目标检测与跟踪的准确性和实时性。实验结果显示, 本研究在运动目标的跟踪时偏移度最小, 低于0.5 cm, 并且在运动目标加入遮挡物、姿态变换、干扰物等因素后, 本研究仍能跟踪到目标, 持续到目标移出视频范围。

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技术纵横

复杂路况下的多姿态机器人行走策略^*

夏国清, 陈华珍, 吴杰群

2022, 22(2): 51-54.

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本文提出一种切换姿态的策略, 并依据该策略设计可切换姿态的移动机器人系统。首先, 对道路状况进行检测, 确定相应姿态和最终目标角度, 然后用恒角加速度变化率的公式更新子目标角度, 并将计算得到的子目标角度送入直立环控制器控制, 实现机器人在复杂路况下的快速姿态切换。研究结果表明, 本文提出的姿态切换策略可以稳定切换姿态, 且在不超调的前提下, 相对于没采用恒角加速度变化率, 采用恒角加速度变化率的切换姿态策略平均速度提高了63.8%;同时, 验证了本文提出的避障策略的可行性和多姿态机器人存在的潜在价值。

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技术纵横

基于语言模型的调度语音智能识别研究

杜凡, 张敏, 单祖植, 杨再鹤

2022, 22(2): 55-59.

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针对调度语音识别过程中单遍解码词图生成算法所生成词图精度较差的问题, 研究基于语言模型的调度语音智能识别方法。构建由训练过程和识别过程组成的调度语音智能识别模型, 训练过程中该模型提取语音数据的语音向量序列构建声学子模型, 利用语言子模型训练文本数据构建语音词图, 识别过程中对声学子模型、语音词图以及发音词典实施语音解码与搜索获取最优词序列, 基于最优词序列完成调度语音智能识别。测试结果显示研究方法所生成的词图精度较高, 可准确识别调度语音。

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新器件新技术

国产大容量eMMC芯片的数据记录系统设计

孙梧雨, 刘杰, 徐园, 蒲永材, 李竞择

2022, 22(2): 60-63.

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本文在国产大容量eMMC芯片的基础上设计了一种数据记录系统, 经过实验证明了系统的有效性和可靠性, 能实现大于100G的数据存储容量以及可靠的数据传输存储, 以及不低于20 Mbps的数据读取速率, 满足对国产大容量高可靠数据记录系统的设计需求, 具有较高的通用性。

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新器件新技术

基于YOLOv3的无人机目标识别与双目测距应用研究

周永超, 陈小平

2022, 22(2): 64-67.

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本文将YOLOv3^[1]目标检测算法与双目测距方法融合并应用在无人机上, 不仅能够检测出无人机前方是否有物体, 还能够对物体进行识别和分类, 同时测量与目标物体的距离。此算法首先通过训练好的YOLOv3tiny模型对前方的物体进行检测, 再用标定过的双目相机获取视角内的深度图, 对识别到的目标物体进行测距。为验证检测结果的有效性, 本文选用不同目标物体进行验证实验。实验结果表明, 该算法能够较为准确地识别目标物的类别, 从深度图中获取到的目标距离也较为精确。

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新器件新技术

一种基于FatFs的监控数据管理方法

王喜亮, 岳伟, 熊一鹏

2022, 22(2): 68-71.

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本文基于SD Card的存储特性, 以STM32F746为运行环境, 详细阐述了产品运用过程中的监控数据管理方法, 利用FatFs文件系统实现数据的高效有序存储与检索。该方法适用于各类轨道交通电器产品的数据管理, 对产品的状态监控、故障诊断和维护保养提供了一定的支持。

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新器件新技术

机器人巡检与三维数字化运维平台设计^*

刘大平, 张金锋, 谢登科, 张亚玉, 季鹏程, 贾贤

2022, 22(2): 72-75.

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本文首先阐述了传统巡检的弊端, 并且对巡检机器人的功能和三维可视化技术进行了分析阐述;其次对巡检机器人运行进行了需求分析, 并简单介绍了系统运行所需数据库的设计, 构建三维数字化运维平台, 结合NGUI(NextGen UI)技术实现三维可视化管理;最后对系统的运行效果进行展示与评价。测试结果表明, 在机器人巡检系统中结合NGUI技术可以更好地实现三维图像的显示, 运维平台能够很好地体现出三维数字化运维平台协作管理的好处。

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应用精选

基于FMQL的千兆以太网传输系统设计^*

张昊宇, 甄国涌, 陈建军

2022, 22(2): 76-80.

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针对国产化有线单元测试台数据传输速率低的问题, 提出采用国产FMQL芯片作为控制芯片设计千兆以太网传输系统。以太网数据传输是目前广泛应用的一种传输手段, 集成ARM与FPGA的国产FMQL芯片移植了LwIP协议栈, 大大简化了设计复杂度。系统设计的关键技术是实现PS端与PL端的数据交互, 通过调用FPGA中的AXIDMA IP核并在ARM中设计一组传输逻辑, 成功实现了PL端发送数据最终传输到PC上位机。经验证, 此系统可以实现PS端与PL端的数据交互, 且以太网传输速度可达到510 Mbps, 能够满足测试台的传输需求。

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应用精选

基于FreeRTOS和Speex编解码器的语音处理系统设计

李华辉, 肖云波, 沈勇, 邓斌

2022, 22(2): 81-84.

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应用实时操作系统FreeRTOS设计了基于Speex编解码器的语音录制和播放的语音处理系统, 系统以STM32F407系列单片机和音频处理芯片WM8978为核心, 通过移植Speex算法, 采用编码解码、回声消除等语音技术实现了语音的录制和播放, 并且提出了一种基于FreeRTOS队列和DMA中断的循环缓冲技术, 用于音频数据的实时处理。通过验证, 该设计可以较好地实现语音的录制和播放, 并且通过Speex算法进行编解码减小了内存需求、有效地降低了噪声。

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应用精选

基于国产蓝牙芯片FR8016HA的语音识别系统

唐俊, 郑学浩, 周家成, 白晨博, 鲁晶晶

2022, 22(2): 85-87.

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本文介绍了语音识别系统芯片国产替代方案的实现。语音识别系统的硬件核心芯片采用富芮坤FR8016HA, 系统接收由移动端通过蓝牙发送来的音频信号, 之后对语音信号进行识别, 最终将识别结果呈现到LCD显示屏上, 实现人机交互。语音算法采用改进的DTW模板匹配法, 通过测试, 本系统语音识别正确率可达82%。

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应用精选

独立于操作系统的嵌入式FAT32文件系统设计^*

莫秀英, 陈谭

2022, 22(2): 88-91.

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在嵌入式领域中需要可移植性、灵活性高的FAT32文件系统, 以适用多样的硬件存储设备, 因此采用一种满足该要求的文件系统设计实现, 整个设计采用层次化设计, 全部使用C语言编写, 无任何特定操作系统API相关的调用, 仅依赖少量几个标准C库函数的调用, 使得文件系统本身代码不仅与具体硬件平台相分离, 而且独立于任何操作系统, 从而可以方便及灵活地移植于有操作系统支持或无操作系统支持的环境中。

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产业技术

如何编写有利于编译器优化的代码?

IAR Systems

2022, 22(2): 92-93.

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