集成电路与嵌入式系统

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业界论坛

借助私有蜂窝网络实现对5G部署的完全掌控

Stuart Cording(Elektor), 君谦(译者)

2023, 23(4): 1-3.

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业界论坛

ChatGPT是人工智能的新进展

周娜, 何铮, 何为民

2023, 23(4): 4-7.

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介绍了人工智能的进程以及ChatGPT对人工智能的突破点(生成、大模型、训练及标注),关注到国内“类ChatGPT”的发展,并且讨论了ChatGPT再次引发的“人类如何应对人工智能的爆发”以及“人类和人工智能二者之间的共处”。

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业界论坛

2023 年值得关注的嵌入式软件发展趋势

Jacob Beningo(美)

2023, 23(4): 8-9.

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专题论述

一款微型开源无人机遥控指令加密方案^*

罗锋, 王代强, 周骅, 赵麒

2023, 23(4): 10-12.

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针对基于STM32的微型开源无人机遥控指令容易被窃取的问题,提出一种基于SM4的遥控指令加密方案。该方案首先提取出无人机传输的遥控指令,随后通过遥控器使用SM4对明文遥控指令进行加密并使用密码分组链接模式,无人机收到密文后进行遍历指令解密得到明文遥控指令。模拟加密通信分析表明,该方案在通信中断后能恢复通信并在一定的误码率下仍能正常解密。测试结果显示,采用本文方法加密后的通信延时约为158.43 ms。

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专题论述

KeystoneII构架的C66x内核异常处理方法

洪泽, 陈振娇, 强小燕

2023, 23(4): 13-15.

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在KeystoneII构架的多核异构SoC应用中,系统异常处理必不可少,处理异常问题的能力也是衡量系统稳定性的一个重要标准。本文以高性能SoC TMS320C66AK2H的C66x内核为基础,利用C66x内核中断控制器和芯片的中断处理控制器实现一个系统异常处理的方法,能够准确、快速地定位系统运行出错的地方。最后,以DSP核0使用EDMA3模块非法访问共享内存MSMC为例,验证系统异常处理方法的可行性。经测试,该异常处理方法准确有效。

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专题论述

基于SW64E自主指令集的TH1 SoC研究与设计

张海雨, 马宏进, 韩萍

2023, 23(4): 16-19.

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为了填补SW在低功耗管理核心方面的空白,基于SW64E自主指令集,遵循简单高效的原则,研究设计了一款低功耗嵌入式太湖-1(TH-1) SoC。围绕TH-1 SoC,进一步设计了由AXI总线、APB总线、UART通用串行总线、SPI MASTER控制器、SRAM/DDR4控制器和时钟复位模块组成的TH-1 SoC最小系统。利用TH-1 SoC原型系统,不仅验证了TH-1 SoC的正确性,而且为TH-1 SoC在低功耗嵌入式应用领域奠定了基础。

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专题论述

申威SW3231处理器的浸没式液冷模块研究

何霜, 康明涛, 付小月, 刘洁丽

2023, 23(4): 20-23.

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研究了一款申威处理器浸没式液冷模块。处理器采用SW3231,在国产化方面实现自主可控;散热采用浸没式液冷方式,克服了传统风冷散热方式噪音高、占用空间大的缺点,同时节约了电力成本,提高了散热效率。本模块对外提供两路千兆网口、两路万兆光口和USB接口;支持健康监控及管理功能,可监测电压等;可适配统信操作系统;利用虚拟网络控制台可实现图像化系统界面。本模块可应用于信号处理、数据处理、网络交换和液冷服务器等重要领域。

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专题论述

GABPNN的网络物理层传输安全加密方法

管迎春, 牟令, 杨德超, 黄威, 刘必武

2023, 23(4): 24-27.

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面对当前物理层数据传输无法分离有效信号和噪声,造成信道一端接收到部分野值数据,从而导致信道传输加密效果不佳的问题,提出了基于GA-BPNN的网络物理层传输安全加密方法。构建多时隙加密传输模型,通过上行通信阶段1、2时隙,将信道容量信息转换处理后可得到密钥。通过下行通信阶段3、4时隙,译码与分组解密信息流,实现第一次信息安全传输。使用GA算法选择传输信道,计算个体适应值在传输信道群适应值中所占比例,通过迭代处理避免适应度值异常个体被选中,使GA算法收敛于全局,获取最优选择结果。实验结果表明,该方法经过滤波处理后获取的数据是无野值数据,滤波处理效果较好,且最大吞吐率为5 000 b/s,与理想吞吐率一致,说明使用该方法加密效果较好。

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技术纵横

一种高可靠性的嵌入式系统电源方案

陈继洪

2023, 23(4): 28-32.

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提出了一种高可靠性的嵌入式系统电源设计方案,出现外部供电欠压故障后触发嵌入式系统各电源轨下电,并在外部供电电压恢复正常后先产生时长可调的延时信号,保证各级电源轨完全下电后再按照设计的时序重新上电,确保每次上电时序正常。本文结合主流嵌入式处理器的供电时序要求,对所提设计方案从理论上进行分析,并计算所需参数,最后通过仿真以及实验测试验证所提设计方案的可行性。

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技术纵横

基于ViBe和目标检测的视频烟雾检测算法

王林, 薛国阳

2023, 23(4): 33-37.

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提出了一种基于ViBe与目标检测的VSmokeNet烟雾检测算法。首先,该算法通过改进ViBe算法,减少噪声点的引入,提取到完整的运动前景区域,完成对烟雾的粗筛选;接着,利用大样本数据集训练的改进YOLOv5s网络对粗筛得到的烟雾运动前景区域进行二次筛选,最终实现视频烟雾的精确框定。实验结果表明,该算法在各种场景下有良好的检测效果。

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技术纵横

一种微处理器系统运行参数的存储方法与使用^*

周锋, 顾桃峰, 朱志红

2023, 23(4): 38-40.

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介绍了一种微处理器系统运行参数的存储方法,并且在多款微处理器系统下进行参数存储使用。本方法借助系统已有的数据存储芯片,硬件上节省了器件成本;软件复用存储芯片读写代码,节省代码,可以快捷地查找当前在用参数和历史的备份参数。通过在多款微处理器系统上的使用效果来看,该方法具有运行参数存储稳定、开机启动时参数加载可靠等特点,未出现因运行参数读取失败导致系统死机的情况。

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技术纵横

融合注意力和多尺度时空图网络的人体行为识别

王林, 田晨光

2023, 23(4): 41-44.

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提取一种融合注意力和多尺度时空图网络的人体行为识别算法,在时空图网络卷积层融入通道-空间级联注意力机制以及在时间图卷积中增加多尺度卷积,利用改进的算法通过嵌入式平台在NTU RGB+D数据集的两个评估基准X-Sub和X-View上的准确率达到了89.1%和92.5%。实验结果表明,该方法具有可靠的精度,可以应用于嵌入式平台完成人体行为识别任务。

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技术纵横

应用神经网络与声纹识别的锂电池运行状态预警^*

谢凌东, 王丽鹏, 周宏辉, 翁东雷, 杨平, 钟良亮

2023, 23(4): 45-49.

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为了提高锂电池储能预警能力,结合边缘计算技术设计了一种锂电池储能预警系统。采用多模态锂电池声纹识别装置采集锂电池运行过程中发出的声音特征,并对声纹特征参数进行提取,计算出声纹信号的功率谱。在锂电池声纹识别装置中使用了FPGA芯片和硬件加速器,通过构建BP-SNN融合神经网络的故障预警模型结合反向传播神经网络与脉冲神经网络,利用特定的神经元模型进行时间信息的计算与传递,从而对锂电池监测数据的时间序列进行有效处理,提高锂电池故障预警能力。

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新器件新技术

基于硬件逻辑语言的数字频率计设计

金诗雨, 杨晓宇, 于馨淼, 郑馥钰, 胡明月, 王颖

2023, 23(4): 50-53.

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针对目前在航空航天、电子技术、测控等技术领域遇到的问题,数字频率计能够准确、快速地捕捉到信号频率的变化。本文重点介绍了如何运用EDA技术来实现数字频率计的设计,采用基础开发软件并采用Verilog HDL语言进行编译,Waveform进行了波形图仿真,最后设计了顶层文件图。

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新器件新技术

双MCU间数据通信的高效性和可靠性研究

向小华, 叶源, 陈洋, 童伟, 柳文杰

2023, 23(4): 54-56.

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在单片机应用中,常用的通信协议有CAN通信、I²C、UART、SPI、Lin等方式,尤其是单片机与单片机、单片机与外设模块之间的通信都需要通信协议实现信息交换和资源共享。本文以SPI通信为例,阐述双MCU间的通信高效性和稳定性,当前设计SPI传输速率为1 Mb/s,经过测试验证,在高低温环境(-40~80 ℃)下能保持误码率为0,适用于汽车电子或家用电子产品。

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新器件新技术

基于FPGA的多运动目标检测及硬件实现

杨星, 余小平, 郑铖, 李鑫, 巫书红

2023, 23(4): 57-60.

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针对视频流图像的目标检测,基于帧间差分理论提出了一种实时多运动目标检测算法。根据视频图像在实时处理中的应用,基于FPGA硬件平台并行处理快与可编程的特性,在FPGA上实现算法,经过MATLAB环境算法验证,并在设计的FPGA视频图像处理系统进行实现。该系统主要由图像采集模块、图像缓存模块、图像处理模块及图像显示模块4部分组成,通过OV5640采集图像数据,再对数据进行差分、滤波、形态学等一系列算法处理,存入DDR3中,最后通过VGA进行显示。实验结果表明,该系统在一定测距范围内可稳定跟踪运动目标,可实时显示,多目标检测识别率较高,能实时检测视频流图像中的多运动目标。

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新器件新技术

一种基于SACNDT和ICP的高精度点云配准方法^*

单彦虎, 张潇丹, 储成群

2023, 23(4): 61-65.

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传统的正态分布变换算法精度低,而精度较高的迭代最近点算法极易陷入局部最优解。为了解决以上问题,将采样一致性算法与NDT算法结合作为点云初始配准方法,再利用KD-tree加速的ICP精配准方法完成点云匹配。实验结果表明,本文所提出的方法大大提高了配准精度。

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新器件新技术

机器视觉领域的FPGA超高清图像采集系统设计

刘跃成, 甄国涌, 李文越, 程洪涛, 储成群, 单彦虎

2023, 23(4): 66-69.

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为满足当前机器视觉等领域对高清晰度成像的要求,提出了一种基于FPGA的超高清图像采集系统设计方案,通过Xilinx Artix-7系列FPGA芯片XC7A35T-CSG324搭载相关模块实现图像的采集、存储、显示。在硬件设计上选用IMX183图像传感器进行图像采集、DDR3芯片进行缓存、Flash芯片进行存储,并通过DC-DC电源模块与LDO电源模块配合使用实现多通道系统供电。软件设计上通过SPI协议进行图像传感器的配置,并对LVDS图像数据进行解析。实际测试结果表明,该系统可以实现2 000万像素的超高清图像显示,配合光学结构可应用于工业相机、监控摄像头等多种产品中,具有较高的实用价值和研究意义。

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应用精选

多通道DMA传输测控信号方法

朱道山

2023, 23(4): 70-72.

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研究了现有测控系统ZYNQ平台中数据传输的两种主要方式,提出了一种全新的多通道DMA传输方法。该方法采用虚通道设计思路,以多通道连续DMA存储+一次性遍历方式,有效减少了ZYNQ平台中PS单元参与数据搬移的过程,大幅提高了数据收发两端的存储能力,可用于数据量大或实时性要求高的应用场景中。

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应用精选

嵌入式系统性能瓶颈分析工具的设计与应用

张元胤名

2023, 23(4): 73-76.

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本文研究对龙芯3A3000处理器硬件拓扑信息的获取以及对性能管理单元PMU的访问。通过指定事件类型获取PMU中相关事件的发生次数来分析嵌入式应用性能瓶颈产生的原因。通过Eclipse插件技术使性能瓶颈分析工具以插件的方式集成到Eclipse开发环境上,为程序员提供图形用户界面,使程序员能够更直观地获取相关信息,方便其在开发过程中及时发现程序中的性能瓶颈并进行定位。

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应用精选

探讨载荷电子设备与平台控制器间的指令通信异常问题

宣浩, 张宏财

2023, 23(4): 77-79.

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本文论述了在某载荷电子设备与平台控制器联试过程中,载荷电子设备与平台控制器之间发生指令通信异常的问题,针对该通信异常问题,列出故障树,对问题原因进行机理分析,并给出了相应的解决方案。

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应用精选

Mbed和树莓派平台的行车记录仪教学应用^*

戴迎珺, 王渊明, 夏文峰

2023, 23(4): 80-82.

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设计了一种基于Mbed和树莓派平台的行车记录仪。该行车记录仪能够实现连续传输、保存视频并在事故发生时发出警报,可有效监控行车过程中的一切信息,稳定可靠,可用于一些嵌入式系统的车模、遥控车等应用教学实验。该行车记录仪的开发验证了Mbed平台易于开发和高效便捷的特性,使学生更有兴趣学习单片机开发。

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应用精选

OpenWiFi智能辅助控制的新概念物联网燃气表

陈爽

2023, 23(4): 83-86.

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为保证低功耗、防水、防尘及防爆的性能,常规物联网燃气表仅支持根据设定上报时段进行数据上报,被动接收服务器下发的指令,用户无法进行任何便利于自身使用的操作。针对这一问题,利用OpenWiFi模组可二次开发的特点,对其进行编程,由手机APP通过接入家中的无线路由器进行远程控制,以便用户能够使用对其开放的实时操控燃气表功能。

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应用精选

改进型DSTWR的UWB煤矿井下定位方法研究^*

魏岚焘, 崔丽珍, 包图雅

2023, 23(4): 87-91.

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提出基于改进双边双程测距算法的超宽带煤矿井下定位系统,对双边双程测距算法进行了优化,实现了标签和多个基站同时测距,缩短了测距时间,加快了定位速度;采用卡尔曼滤波对测量到的距离进行滤波处理,提高了测距的精度和稳定性。实验结果表明,定位系统的定位精度可达到厘米级,在模拟煤矿井下环境中(地下通道),平均误差在20 cm内,最小误差为11.06 cm;在室内环境中的平均误差为14 cm内,最小误差为6.49 cm。

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产业技术

FPGA如何让工业4.0大放异彩？

莱迪思半导体

2023, 23(4): 92-92.

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产业技术

2023慕尼黑上海电子展现场看点提前揭幕

慕尼黑展览(上海)有限公司

2023, 23(4): 93-96.

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