集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

浅谈通信测试和测量行业增长趋势

Robert van der Zwan(Elektor), 禾沐(译者)

2023, 23(3): 1-1.

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业界论坛

夯实嵌入式赛道,RISCV产业大有可为

何小庆

2023, 23(3): 2-6.

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本文阐述了RISC-V处理器产业的现状、标准制定和高性能计算方面的最新进展,重点介绍了包括操作系统、工具链、高校教育和电子大赛在内的生态建设情况。应用层面着重阐述了RISC-V在汽车处理器方面的研发成果,论文最后分享了笔者对我国RISC-V产业发展的思考。

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专题论述

基于安全域的复杂网络信息系统设计

周育忠, 张自锋, 杨宇亮, 林正平

2023, 23(3): 7-11.

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设计了基于安全域的复杂网络信息系统,利用防火墙技术、防病毒技术、入侵检测技术以及加密技术构建统一的安全防御体系,实现复杂网络信息的安全性。在系统中设计了网络访问控制的相关技术,采用零信任思想对复杂网络信息系统实施更加系统化、细粒度的访问控制。最后利用数据融合组合算法模型将多种算法运用到复杂网络信息安全检测的大数据融合中,实现网络信息的安全检测。实验结果表明,本文研究的系统在对复杂网络信息系统进行性能测试时,网络传输所需时间最少为0.22 s;在进行网络信息安全检测的可信度测试时,可信度最高为96%。

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专题论述

基于RISCV的NoC配置管理单元设计及验证^*

裴晓芳, 仇李琦, 张正

2023, 23(3): 12-15.

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为解决NoC协议芯片内部各个IP的初始化配置功能以及NoC芯片内部状态检测问题,设计芯来ICB总线转接AMBA总线的协议转换桥,基于芯来E203搭建配置管理单元与NoC芯片不同IP进行互连,从而实现NoC芯片的初始化配置以及管理工作,并从模块级、系统级以及FPGA原型3方面对系统进行验证。验证结果表明,配置管理单元系统的正确性扩大了芯片的应用范围。

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专题论述

民用北斗短报文的船载冷链信息压缩传输方法^*

殷振凯, 刘培学, 王中训, 王林霖, 韩丽

2023, 23(3): 16-19.

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针对民用北斗短报文传输频度低和单次报文长度受限等问题^[4],提出一种在船载冷链运输过程中采用北斗短报文数据传输的分类数据压缩方法,该压缩方法通过对短报文所传输数据的设计实现利用北斗卫星的短报文功能对海洋冷链运输过程中船舱温湿度等信息的实时传输。与传统的数据压缩算法进行对比,本次设计的压缩方法具有较好的压缩效果,对应用于海洋冷链、利用北斗短报文数据压缩传输场景具有一定的参考意义。

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专题论述

一种全新的FPGA多版本程序加载方法

朱道山

2023, 23(3): 20-23.

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针对机载平台小型化设计带来的FPGA多版本程序加载问题,提出了一种全新的FPGA多版本程序加载方法。基于“MCU+CPLD+FPGA”的硬件架构,采用在线更新+连续存储的方式进行多版本程序固化,采用ICAP3软复位启动引导方式实现任意地址段FPGA版本程序的启动。通过多重握手机制确保了程序加载的可靠性。该方案硬件实现简单,相比传统方式,可存储的FPGA程序版本有了大幅提升,且已在多个工程中成功应用。

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专题论述

一种无线传感网络拓扑级联算法研究

周慷

2023, 23(3): 24-27.

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针对目前无线传感网络拓扑优化时忽略汇聚节点收敛特性导致网络鲁棒性低的缺陷,提出了一种基于改进的文化基因的拓扑优化模型。考虑到无线传感器网络的级联特性,设计了一种基于汇聚介数熵的局部搜索算子。实验结果表明,所提改进文化基因模型的拓扑优化算法综合性能更优。仿真结果进一步验证了所提模型对提高无线传感器网络的级联鲁棒性具有一定的借鉴作用。

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专题论述

一种融合多种特征的SLIC超像素图像分割方法^*

杜雅婷, 杨明, 李溪

2023, 23(3): 28-32.

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为进一步提高分割精度、得到视觉效果更好的分割结果,提出一种融合多种特征的简单线性迭代聚类(SLIC)算法与由FCM和PCM算法(FCM-PCM)结合的图像分割方法。算法先将局部同质性特征与纹理特征融入传统SLIC算法特征中,提出一种融合多种特征的SLIC超像素分割算法 (SLICHT);然后对由SLICHT超像素分割算法得到的超像素块运用FCM-PCM算法进行聚类合并,实现图像分割。与其他图像分割方法相比,该算法的实验结果在分割精度和视觉效果方面都有很好的表现。

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技术纵横

基于UWB定位的智能跟随车系统设计^*

王宽田, 罗梦霞, 李鹏

2023, 23(3): 33-35.

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本文基于超宽带技术(UWB)设计了一款定位与跟踪智能小车^[1],实现了高精度的定位和跟踪功能。通过三边定位算法计算出小车在基站中的位置,实现精准定位,通过安装在小车车头上的两个UWB模块测试与目标UWB模块的距离和角度实现距离和角度的跟踪。实验测试结果表明,小车具有高精度定位和灵活的跟随功能。

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技术纵横

块数据通信中间件的复杂综合电子系统设计方法

唐宇

2023, 23(3): 36-38.

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为了解决航空航天领域的综合电子系统中设备间通信高可靠性和高效率的矛盾,设计了一种基于高速RapidIO内存映射的交换网络块架构,通过弹性虚通道、主动流控块数据传输等方法,解决了综合化电子系统通信资源分配不合理、时延大、吞吐率低的技术难题。该方法实用性强,可推广到涉及系统综合的工业计算领域。

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技术纵横

一种基于FPGA的智能多主单总线

陈某舟, 郑小军

2023, 23(3): 39-41.

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设计并实现了一种基于FPGA的智能多主单总线——Smart Multi-Master Single Bus。这种新型总线可广泛应用于工业控制领域和电力系统继电保护领域。基于FPGA的SM2总线不需要握手信号,采用自主收发机制,收发透明,具有智能、多主、高速、节约引脚、节约面积、低成本的优点,可挂接多种插件、总线设备,实现各插件、各总线设备之间自由、高速、高效的通信。

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技术纵横

基于AOA算法的低功耗蓝牙室内定位系统

沈天盛, 陈文莹, 朱彬斌, 王燕, 周勇良, 梁奕

2023, 23(3): 42-45.

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设计了基于到达角度法(Angle of Arrival,AOA)的蓝牙定位系统,并搭建了基于CC2652R1蓝牙开发板和STM32单片机的低功耗蓝牙定位系统。现场测试实验结果表明,本系统能够在室内复杂环境下获取亚米级精度的定位信息,精度可达20 cm,适用于电力智慧运维、智慧工厂、商城导引、仓储物流等场景。

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技术纵横

机器人智能控制系统的几个关键技术研究

张峰, 吴頔, 张佐星, 杨欣, 郭莎莎

2023, 23(3): 46-49.

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针对现有机器人控制系统硬件优化困难、识别图像慢等问题,设计了一种基于NB-IoT模块的机器人监控系统,包括机器人控制模块、云服务器、NB-IoT模块和移动监控模块4个模块,实现机器人在安全的环境下正常运行。为了解决机器人智能控制系统影像获取困难的问题,本文利用基于方向梯度直方图特征模板实现图像块的快速识别。实验结果表明,该研究系统在对稳定动态目标抓取时,目标的运动速度为0.5 m/s时,抓取速度为0.432 m/s,机器人的控制性能良好。

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新器件新技术

MEC环境下增强ABR视频缓存传输^*

薛端, 霍兴瀛, 计雪伟

2023, 23(3): 50-54.

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提出移动边缘计算环境下增强自适应比特流视频缓存传输方案。首先针对网络效用最大化问题提出基于改进的K-means算法对移动用户进行动态分组,解决码率分配子问题;然后将缓存策略和无线资源联合分配归纳为一个多对多匹配问题,同时通过等效带宽,用户可以根据时变信道选择无线链路,灵活地调整实际传输比特率版本。仿真实验结果表明,MEC-ABR方案与其他方案相比,能够同时提高缓存命中率和吞吐量。

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新器件新技术

云计算在配电网信息采集系统中的应用研究

张兴富, 王满意, 许冰, 李斌, 张蒙

2023, 23(3): 55-59.

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为加快用电信息数据计算处理的速度,基于云计算技术设计了配电网用电信息采集和管理系统。系统采集层中的集中器主控模块使用MSP430F249单片机,通信模块使用CC2530芯片和H685设备。云计算平台使用分段聚合近似算法对用电信息数据进行降维处理,对异常用电大数据集进行预处理时采用插值法处理缺失值,计算用户的用电斜率和线损连续波动值,建立异常用电信息识别模型。搭建云计算实验平台进行应用测试,实验结果显示,该研究系统的目标错误率为0.006%,对实验样本数据的处理时间最短为7.85 ms。

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新器件新技术

ARM NEON和国密SM4的H.264视频加密^*

韩超, 周骅, 赵麒

2023, 23(3): 60-63.

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针对视频数据全加密过程中的低效率和只对部分帧加密导致数据泄露问题,采用国密算法SM4逐帧加密H.264格式的I帧、P帧、B帧,同时使用NEON技术加速SM4算法。逐帧加密在防止视频数据泄露方面效果较好,使用NEON之后,SM4加密耗时减少了40%左右。

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新器件新技术

HPLC载波IP化的智能终端即插即用设计^*

尤宏亮, 戴欣, 刘建戈

2023, 23(3): 64-67.

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针对电力物联网海量终端的快速接入需求,提出了一种基于HPLC载波IP化的即插即用设计。该设计通过为每一个终端设备配置IP地址构建设备协议栈,将不同的数据通信协议转换为IPv6协议进行传输,以此满足物联网中海量设备的互联要求,实现终端设备的即插即用。在此基础上,选用STM32为主控芯片,通过设计过零检测、调制输出、检波输入等关键电路,完成HPLC载波通信模块硬件系统。测试结果表明,本设计可有效提升终端接入和系统升级效率。

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新器件新技术

基于CPLD/FPGA的可裁剪MCU设计与应用

罗进川, 周炳炎, 陈光

2023, 23(3): 68-70.

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采用Verilog语言开发了一款基于CPLD/FPGA平台的可裁剪MCU。该MCU包含一个核心模块和一些常用的接口模块,具有32位的程序/外设寻址空间。采用特殊的“或”总线结构,可以灵活增删指令及外设接口模块,以适应应用需要或节省资源。MCU采用HDL语言开发,可在任意平台CPLD/FPGA之间移植。该MCU已在实践中使用,具有一定的实用价值。

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应用精选

FPGA的多通道步进电机控制系统设计^*

张华西, 陈佳宇, 刘卿卿, 刘银萍, 严飞

2023, 23(3): 71-75.

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提出基于FPGA的多通道步进电机控制系统。首先,改进步进电机梯形加减速算法,降低其计算过程的复杂度;其次,对改进的算法在FPGA硬件平台上移植;最后,使用上位机的可视化操作界面与FPGA控制端共同搭建一套灵活的控制系统,使得参数可在上位机端实时更新配置。实验结果表明,该控制系统能够对电机启停频率进行精确控制,各阶段频率误差在2％以内,且不会出现失步与过冲现象。

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应用精选

基于物联网的生猪疫情监测系统设计^*

董建峰, 吴国盛

2023, 23(3): 76-79.

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为了提升规模化生猪养殖业的养殖水平,降低养殖人员工作强度,本文应用NB-IoT和2.4 GHz ISM技术设计了一套基于物联网的生猪疫情监测系统,实现环境温湿度检测、猪只标识、体温采集和运动状态记录、远程健康监测和疫情预警等功能。本系统为养殖业的全自动化管理、远程监测、疫情防控以及食品安全提供了一个低成本、低功耗、高效率的解决方案,可有效提升规模化生猪养殖场的养殖水平和经济效益。

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应用精选

用北斗定位的城市远程水质监测系统

何淼, 董振华, 许佳彤, 周圩颖

2023, 23(3): 80-83.

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为了扩大水质监测的网络覆盖范围、优化数据云存储功能,设计了一种远程水质监测系统。该系统由终端设备、物联网云平台、Web应用组成。终端设备由STM32单片机、无线通信模块与多种传感器组成,STM32单片机获取传感器数据进行处理并发送至阿里云物联网平台分析并存储,管理人员在 Web网页查看上传数据。

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应用精选

基于时序的单片机多任务系统驱动策略^*

刘春玲, 熊馨, 董晓庆, 王春武

2023, 23(3): 84-87.

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在单片机系统开发中,多任务系统容易出现调度阻塞。本文分析了产生任务阻塞的原因,提出了一种基于时序逻辑的多任务驱动策略,通过具体案例设计了常用外围模块的多任务驱动模板。实验结果表明,该多任务系统调度策略能够有效保证多任务系统运行流畅,有效解决了多任务阻塞问题,为基于单片机执行多任务系统开发提供了一个新思路。

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应用精选

软硬件双重保障的RTC电池电量监测技术研究

黄茨, 范晋文, 唐焕奇, 蔡觉正

2023, 23(3): 88-91.

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设计了一种基于软硬件双重保障的RTC电池电量监测电路,在硬件上设定低压检测阈值,利用比较器将电池电压与阈值电压进行比较,从而判断电量状态,在软件上监测和记录RTC电池工作时间,与评估的电池理论工作时间进行对比后判断电量状态。软硬件上只要其中一种方式达到低电量判断标准,即认为RTC电池电量低,需要更换电池。实验结果表明,该软硬件双重保障的RTC电池电量监测电路可有效监测电池状态,避免电池出现馈电。

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产业技术

关键基础设施的关键决策:如何实现最精确的授时和同步？

Microchip Technology Inc.频率和时间系统部新兴产品主管 Eric Colard

2023, 23(3): 92-92.

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产业技术

性命攸关的时刻,如何实现可靠的医疗物联网安全？

派拓网络

2023, 23(3): 93-96.

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