集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

微控制器走到台前

Dogan Ibrahim(英国), 君谦(译者)

2022, 22(7): 1-2.

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专题论述

一种基于核集的多核嵌入式实时调度方法^*

任晓宇, 周霆, 王立

2022, 22(7): 3-6.

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本文提出一种基于核集的多核嵌入式调度方法,该方法为任务增加核集属性,调度器选择后继任务时需要同时满足高优先级要求、当前核属于任务核集两个条件。本文提出的调度方法能够为任务指定核集属性,限定任务在指定核集上运行,相对于原有任务只能绑定一个核或者所有核的调度方法,提出的方法更加灵活,操作系统核间负载更加均衡。

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专题论述

嵌入式设备固件差分升级的策略设计^*

陈德富, 周旭文, 邱宝象, 屈亮亮

2022, 22(7): 7-9.

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本文设计了一种适合资源紧凑型嵌入式设备的固件升级策略,使用文件差分和LZO压缩算法生成升级包,将嵌入式设备存储空间划分为BootLoader区域和应用程序区域,并在BootLoader中实现解压缩及解差分,以完成应用程序的升级。最终在STM32平台上进行实验,结果表明在升级过程中,在减少数据传输量的同时还降低了嵌入式设备的内存使用率。

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专题论述

基于深度学习的路面坑洼检测系统设计

焦双健, 杜福君

2022, 22(7): 10-13.

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提出一种基于深度学习网络的路面坑洼嵌入式检测系统的设计方案,旨在提升路面养护巡检的效率、降低公路维护费用。该系统首先对大量的样本数据进行网络模型训练,获取最优模型;然后将最优模型部署到英伟达TX2中;最后通过车载摄像头自动检测路面坑洼,并将坑洼信息报送给路面养护部门,实现公路坑洼的自动化巡检。

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专题论述

多云架构下的人工智能开发平台设计^*

雷鸣, 姜罕盛, 勾志竟, 郭阳

2022, 22(7): 14-16.

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气象行业数据具有一定程度的保密性、复杂性和安全性,在开放性云资源的使用上面临风险,且单一云架构无法有效满足气象行业的数据需求。针对这一问题,本文提出了一种多云架构下的人工智能开发平台设计方案。实验结果表明,该方案可以形成优势互补,满足不同情况的用户需求,在天河云资源上构建的系统相比在CPU计算资源上的计算速度提升了16.77倍,加速效果明显,能够有效满足气象行业对AI算力资源的需求。

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专题论述

基于Vitis AI的语义分割网络加速器研究与实现^*

李慧琳, 柴志雷

2022, 22(7): 17-20.

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本文基于Xilinx Vitis AI对语义分割网络U-Net进行网络定点化、深度学习处理单元DPU定制、软硬件协同优化等加速方法,最终在Xilinx ZCU102异构平台上实现了语义分割加速器的设计,在较低的精度损失下降低硬件资源消耗,完成了整个U-Net网络的软硬件系统开发。实验结果表明,整个U-Net网络硬件加速器的处理帧率可达42 fps,证明了该神经网络加速方案的有效性。

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技术纵横

一种基于任务级冗余的I/O接口容错方案^*

庄宇翔, 庄毅, 沈奇

2022, 22(7): 21-25.

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本文提出了一种基于任务级冗余的I/O接口容错方案。本方法利用操作系统中任务级冗余技术,在不干扰微控制器其他模块的情况下保护I/O接口。由于其在驱动程序层执行,因此对用户应用程序是透明的。本文对TMS570LS3137的I/O接口进行了故障源分析,运用本文提出的方法设计了I/O接口的容错方案,将该方法应用于搭载了SylixOS操作系统的微控制器中,通过模拟I/O接口故障注入实验对所提出的方案进行评估。实验结果表明,所提出的方案具有较高的检测率和较低的时空开销。

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技术纵横

常用串口数据异步通信协议的深度探究

石建民

2022, 22(7): 26-29.

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最常用的两种串口异步通信协议就是8位数据模式与9位数据模式,本文对这两种通信协议做了详细分析,对不同协议之间能否正常通信也进行了分析,尤其是9位模式发送数据、8位模式接收数据的可行性,对于这种方式从协议上进行了分析,并进行了实验验证。在实际应用中出现通信错误时,从通信波形进行通信协议分析,用接收数据中转的方法来查找与确认是否为通信协议设置的问题。

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技术纵横

基于改进麻雀算法的图像自适应增强方法^*

吴学梅, 牟莉

2022, 22(7): 30-33.

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针对非完全Beta函数在图像增强过程中需手动调整参数、算法效率较低的问题,本文提出了一种基于改进麻雀搜索算法(LKSSA)的图像自适应增强方法(LKSSA-Beta)。首先,采用Logtistic混沌映射优化麻雀搜索算法(SSA)初始种群;其次,使用鸟群算法飞行行为思想及柯西高斯扰动提高SSA寻优能力;然后,利用LKSSA优化Beta函数的参数,构建灰度变换曲线,达到图像增强效果;最后,将本文算法与基于PSO图像增强法、基于人工蜂群图像增强法及基于传统Beta函数图像增强法实验结果进行对比。对比结果表明,LKSSA将具有更优的灰度图像全局搜索能力,本文算法可以保留图像更多细节信息,使图像整体对比度明显提高。

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技术纵横

基于OneNet云平台的智能监控系统设计^*

卢嫚, 袁志军

2022, 22(7): 34-37.

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在互联网发展迅速的时代,基于互联网的远程监控、远程操作设备越来越有价值。基于树莓派3B+为主控制器,选取DS18B20温度传感器、HC-SR04超声波传感器和BMP180气压传感器分别作为线上数据监控节点,用OneNet物联网服务器实现数据通信和存储,用户可在微信小程序及物联网终端上实时查看数据,最终实现在微信小程序上进行实时监控的功能。测试结果表明,系统具有成本低、体积小、功耗低、数据传输精确度高等特点,符合设计要求。

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技术纵横

语音音频加密的数字化网络传输控制

崔俊彬, 张磊, 刘红艳

2022, 22(7): 38-41.

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针对语音音频在传输过程中数据信号大、抗干扰能力弱的问题,本文提出了Lorenz反同步算法的语音音频加密的数字化网络传输控制,设计了语音音频数字化网络传输系统,采用WM8978进行语音音频的采集,采用STM32F405单片机对语音音频进行混叠滤波即数字化处理,实现语音音频在此范围内的频谱提取;还设计了语音音频数据通信系统,在硬件的基础上搭建了系统软件平台,并开发了应用程序,进行语音音频的数据通信;最后,采用复Lorenz反同步算法实现对语音音频的加密。实验结果表明,本文设计的语音音频数字化网络传输系统在语音数字化测试中与标准值的误差最小为0.006,并且传输速度快,在语音数据量为3M时传输时间为11 ms。

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技术纵横

一种改进的单幅图像暗通道先验去雾算法研究^*

刘成涛, 侯青山, 赵俊旗

2022, 22(7): 42-45.

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针对经典的暗通道先验算法对图像去雾存在出现色斑、“白边”和细节缺失的问题,本文采用导向滤波与K阈值相结合的方法进行优化,并利用图像质量评估方法对优化后的算法进行测试和综合分析。经实验结果验证,优化后的算法比原有算法去雾效果更佳。

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新器件新技术

基于WiFi的STM32固件远程升级系统

陈以安, 李鹏, 车慢行

2022, 22(7): 46-50.

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针对嵌入式设备投入实际应用后需对应用程序算法改进、BUG修补的问题,为了提高软件更新的简便性、降低维护难度,设计了一种基于WiFi的自动远程升级系统。在该系统中,以STM32F4为核心控制器,对其内部Flash存储空间进行有效分配,设计IAP功能,利用WiFi模块接入网络使用TCP协议传输数据,STM32F4接收到远程服务器信息后进行分析,排除各种异常情况,将完全正确的应用程序写入Flash,实现嵌入式软件的远程升级。本文给出了具体的系统设计、程序流程及部分核心代码,实验验证了系统的可行性,可为嵌入式智能设备的功能完善提供参考。

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新器件新技术

WiFi探针的室内人员定位分析及应用研究^*

罗回彬

2022, 22(7): 51-54.

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本文设计了一种基于WiFi探针的高精度、低成本、适用性强的新型室内人员定位系统。该系统在WiFi探针和室内定位技术的基础上,首先通过WiFi探针采集目标用户手机的MAC地址、RSSI数据,经过定位算法实时分析处理得出室内各区域的人员数据;其次,通过坐标转换和可视化技术展示人流动态,实现对室内人员动向的实时监测。基于WiFi探针的室内人员定位系统可应用于楼宇智能控制、消防疏散救援、商场客流分析、人流监测及溯源等领域。

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新器件新技术

国产ARM架构芯片的Trace调试数据解析研究

张淡墨, 张激, 肖伟强

2022, 22(7): 55-58.

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Trace调试技术是一种非侵入式的、需要硬件支持的调试技术。该技术需要设置监视点,在监视点触发时将当前调试信息存入缓冲区中,以便程序运行后读取并解析这些数据,从而分析监视点触发时程序的运行状态。然而,目前片上Trace技术使用的协议不同,对Trace数据的处理也不同。本文针对ARM架构的国产芯片FT-2000/4提出一种新的Trace数据解析办法,为集成开发环境提供Trace功能方面的支持。

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新器件新技术

FPGA与北斗的高精度时差信息获取系统设计

刘洋, 李冒金

2022, 22(7): 59-61.

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针对爆炸近场噪声干扰严重导致时间差提取精度低、震源定位精度不高的问题,设计了基于FPGA与北斗的高精度时差信息获取系统。首先以FPGA为主控芯片设计北斗1PPS信号接收模块;其次通过接收各传感器节点上的高精度1PPS信号完成自身晶振校准与各传感器触发时间信息获取,从而获得高精度的时差信息;最后仿真验证结果表明,该系统满足实时性要求,能精确提取时差信息,可在与震源定位相关的嵌入式系统中使用。

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新器件新技术

多转台的电机协同控制系统设计^*

张鹏, 田雪松

2022, 22(7): 62-65.

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本文设计了一种相邻交叉耦合控制策略与PID控制算法相结合的控制模式。通过PID控制对单台电机实现自身跟踪误差补偿,相邻交叉耦合控制策略弥补电机之间的同步误差,最终在基于STM32微控制器的三轴转台上实现。实验结果证明了相邻交叉耦合控制与PID控制结合控制算法的有效性与可行性。

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应用精选

FPGA的超高速数字采集系统设计与实现

林任烦, 赵福海, 吴侠义, 尹铭浩

2022, 22(7): 66-70.

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超宽带雷达具有很高的带宽,因此其具有很高的距离分辨率,同时具有很强的抗干扰能力。数字采集系统作为超宽带雷达系统中的关键组成部分,需要很高的采样率才能完成对超宽带信号的采集。本文以高性能FPGA+超高采样率ADC的结构进行高速数字采集系统的设计,实现两通道、8位、9.4 Gsps信号采样,系统的ENOB优于5.4位,SFDR优于50 dB,性能满足设计需求,具有一定的工程应用价值。

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应用精选

无人机机载SD卡远程读取电路设计

张志军, 张楠, 傅宁

2022, 22(7): 71-73.

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为了保存无人机在飞行过程中的影像数据,一般采用SD卡作为存储设备,但在实际应用中只能在无人机作业任务结束后手动取出SD卡进行数据拷贝,无法实时获取、查看或预览SD卡中的数据。本文采用多路复用器芯片设计了一个SD卡分时复用电路,实现了SD卡数据的共享,然后通过树莓派和4G通信模块实现SD卡的远程读取。实验结果表明,该方案有效避免了无人机设备频繁插拔SD卡读取数据的问题,提升了数据获取的便利性和实时性,具有一定的工程应用价值。

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应用精选

基于ZYNQ的高速低延迟的数字打印系统设计^*

高昊晖, 樊荣, 缪永杰, 柴志雷

2022, 22(7): 74-78.

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针对高速数字打印高性能、高并发的需求,基于ZYNQ设计并实现了一套高带宽、低延迟的数字打印系统。利用LwIP网络实现上位机与主控模块间高速稳定的TCP通信;基于AXI4传输协议,提高了高性能处理器与主控模块的数据、指令传输的时效性与稳定性;通过计算单元及其指令的设计实现了系统对所有喷孔的高并发控制。实验结果表明,网络传输速率始终稳定在940 Mbps以上;处理器写内存速率约为165 Mbps,读内存操作速率约为113 Mbps;处理器与FPGA间的传输延迟在10 ns以内。本系统可支持SUREjet-W160喷头在600 dpi打印精度下以2 m/s的速度完成实时打印任务。

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应用精选

基于双目视觉的车身尺寸测量系统设计^*

白创, 谢伊伶, 许百灵

2022, 22(7): 79-83.

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设计了一种基于双目立体视觉技术的汽车车身尺寸测量系统。首先,在相机标定和校正环节利用张氏标定法和Bouguet算法分别进行了相机模型参数求解以及图像校正,消除因图像畸变而造成后续测量误差的影响;其次,结合背景差分算法与OTSU大津算法,对目标实现了较高精度的分割及轮廓提取;最后,利用寻找最小外接矩形框,结合使用SGBM立体匹配算法将匹配后得到的车体二维数据转换为三维数据,完成车辆尺寸的测量。实验结果表明,本系统的整体测量误差在6%以内,可以有效完成车身尺寸测量。

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应用精选

LabVIEW和NI myRIO的工件边缘检测监视报警系统^*

赵鹏禄, 吴洁, 林吴滨, 王成彰

2022, 22(7): 84-87.

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针对生产流水线中要对工件进行精确定位的要求,通过综合图形化编程的LabVIEW 与嵌入式NI myRIO技术,设计完成基于LabVIEW和NI myRIO的具有智能边缘识别移位报警系统。该系统实现了图像的采集、边缘检测、直线度计算、防窃报警等功能。对系统摄像头采集到的图像进行实时处理和分析,应用于工业加工生产中的某些环节,有助于提高生产效率,实现无人检测、远距离报警的智能化车间。

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应用精选

一种电力可信物联网关设计^*

陈民, 何迎利, 张宇新, 安立源, 葛红舞, 周飞飞, 卢岸

2022, 22(7): 88-91.

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针对电力物联网融合业务场景国产化应用需求,设计了一种可信多功能物联网关装置。方案采用RK3568J作为核心主控制器,搭载可信安全模块构建可信认证启动,具备串口、以太网、开入/开出、遥测、微功率无线、载波通信、4G/5G常用接口,支持WiFi、ZigBee、NB-IoT等无线通信链路扩展。本装置业务接口资源丰富,能够实现多链路传输通道与安全防护,高度融合特性提高了市场竞争力。

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产业技术

为实现下一个无线技术的突破铺平道路

是德科技公司产品营销经理 Eric Hsu

2022, 22(7): 92-92.

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产业技术

高精度距离测量将打开更广阔的市场空间

蓝牙技术联盟亚太暨中国市场总监李佳蓉

2022, 22(7): 93-96.

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