在工业控制算法中,数学函数的计算往往需要大量的时钟周期,会影响算法的性能。本文对相关数学函数计算方法进行深入分析和方案对比,设计了一种适合硬件电路实现的基于Remez算法的分段查表多项式拟合方法来计算浮点数学函数,同时实现了相应的硬件电路以RISC-V自定义指令的方式与RISC-V处理器内核紧耦合。实验结果表明,与无自定义扩展指令相比,处理器计算数学函数的延迟减小了93.62%。相较于CORDIC指令集计算数学函数的方法,计算延迟减小了79.83%。这一成果为低成本、高实时性要求的RISC-V架构的嵌入式微处理器提供了新的思路和解决方案。
近年来,锗硅异质结双极型晶体管(SiGe HBT)不仅在高频性能上取得了显著成就,而且在高温电子器件的应用中也展现了独特的优势。本文阐述了SiGe HBT的发展历程及其在高温环境(100~300 ℃)中的应用潜力。目前最高性能的SiGe HBT的特征频率达500 GHz、最大振荡频率达700 GHz,展示了该技术在高频下的卓越性能。除此之外,SiGe HBT成功地与22 nm全耗尽型绝缘体上硅(FD-SOI)技术集成,形成双极型互补式金属氧化物半导体(BiCMOS)工艺,不仅支持极高的工作频率,还允许低成本地将先进制程的数字电路与高频收发器单片集成,为车载雷达、卫星通信、安全成像等毫米波和太赫兹频段的应用开辟了新路径。特别值得注意的是,SiGe HBT在高温条件下表现出低漏电流、高电流增益及成本效益的优势,使其成为高温电子应用的理想选择,展示了在极端环境下持续可靠运行的巨大潜力。
设计了一种基于总线矩阵的系统级内存保护单元,支持管理员和用户两种工作模式,可根据总线矩阵主机的个数进行灵活配置,能够实时监控系统中所有的主机,有效阻止未经授权的主机访问特定内存区域,解决了单一基于主机的内存访问保护机制而引发的任务间相互干扰的功能安全问题。此外,本文提出的设计还支持对同一块内存区域实施不同的保护策略,能够保护每个内核的私有数据与共享数据,以最小的硬件成本解决多核系统架构中数据一致性的问题。
针对程序运行中Cache无法有效预测非局部访问的问题,提出了一种基于二级存储结构的高安全性一级可配置指令缓存设计方案。该方案通过页与Cache行的两种粒度存储保护机制,确保不同级别用户的数据安全;实现了内部控制寄存器和灵活可配置的Cache/SRAM结构,支持快速配置和扩展;利用直接存储访问模块实现了与外部存储的高效交互。通过UVM平台进行模块级验证,并对比不同L1P大小配置下的命中率,调用40 nm低阈值库验证了系统的时延和功耗性能。实验结果表明,所设计的缓存方案能在32 KB至0 KB五种L1P配置间快速切换,满足600 MHz高性能DSP的需求,最大路径延时为1.47 ns,总功耗为309.577 mW。
首先介绍了调制连续波 (FMCW) 雷达系统对锁相环的3个主要要求:调频带宽、调频斜率和线性度。而后从近10年来高引用量、高影响力文章出发,分析了数字锁相环(DPLL)在频率FMCW系统中的优势及应用难点,并简述了现有的克服应用难点的方法。总结了3个主要要求上锁相环的发展趋势,并提出一种新的优值定义用来评估FMCW系统锁相环的优劣。最后,指出数字锁相环是未来发展高性能FMCW系统的重点研究方向。
网络时代数据量激增,对数据传输技术提出了更高的要求,特别是在传输速度、稳定性和可靠性方面。传统的单通道LVDS数据传输系统在长距离传输时,其传输速率往往只有几百Mb/s,难以满足数据高速传输的要求。因此,本文提出了一个综合性优化方案:在硬件方面采用两组四通道LVDS芯片作为数据的高速接口,实现了八通道LVDS传输,提高了数据的传输速率,但是速率提升的同时,在串扰和电磁干扰作用下产生误码的概率也在增大,因此需要配合LVDS专用的数据驱动器和电缆均衡器系统的抗干扰能力和长距离传输能力。另外,在软件逻辑中引入RS编解码技术,实现了在一定范围内的纠错,配合自动重传技术和CRC校验提高了数据传输的可靠性。经过多次试验,该设计最终可以实现在80 m双绞线屏蔽电缆下4 000 Mb/s的零误码传输。
LMS算法作为基本的自适应滤波算法,在噪声抑制领域得到了广泛应用,其实现方式主要基于通用处理器,但存在运算效率和性能较低的问题。RISC-V架构具有开源、精简、扩展性强等优势,适用于专用型处理器的实现。本文针对LMS算法设计了基于RISC-V的专用处理器。采用自定义指令集F扩展处理浮点数,并且在协处理器中加入MAC指令完成针对LMS算法的加速。实验结果表明,该处理器能够实现噪声的有效抵消,当输入信噪比为5 dB时,消噪后信噪比为17.5 dB;系统使用FPU执行LMS算法,指令执行数为220 354,执行周期为586 221;当采用本设计方案时,工作在FPU+MAC方式下,指令执行数为31 621,执行周期为89 412,效率明显提高。
本文结合CCD图像传感器技术发展情况,基于CCD图像传感器高可靠应用需求,系统分析了CCD的产品特性,梳理了CCD主要失效模式,并深入研究了CCD由于静电损伤和辐照环境下的失效机理,并开展了典型试验验证工作,给出了不同辐照条件下失效变化曲线,为CCD高可靠评估和开展失效分析提供了理论依据和试验数据,并为CCD产品高可靠应用提供技术指导。
随着工艺节点的不断缩小和器件三维立体结构的复杂化,器件的可靠性问题日益凸显,成为学术界和工业界共同关注的重要议题。本文针对FinFET(鳍式场效应晶体管)器件的可靠性进行了深入研究,设计并实施了在不同鳍数量(Nfin)、漏极应力电压(Vdstress)、栅极应力电压(Vgstress)以及温度条件下的老化实验。测试数据分析显示,随着Nfin、Vdstress、Vgstress 和温度的增加,FinFET器件的老化现象加剧。基于这些实验结果,建立了一个可靠性老化模型,并通过参数优化实现了对阈值电压(Vth_lin)和饱和电流(Idsat)退化情况的有效拟合。该模型在不同条件下的仿真精度表现优异,其中阈值电压的平均仿真误差控制在5 mV以内,饱和电流的平均仿真误差保持在1%以内。
讨论了一种基于插值匹配的高精度地磁导航算法,并完成了算法的硬件设计与实现。地磁导航模块依赖地磁场的空间分布特性进行定位,但传统算法在复杂环境下易受噪声和误差影响,导致定位精度不足。为此,本文结合插值匹配算法,通过构建精细化的地磁强度分布模型实现对地磁场信息的高效处理和精确匹配,并设计了低功耗、高性能的硬件架构以实现算法快速运行。该设计显著提升了定位计算的速度与能效比,同时在复杂环境下保持了较高的定位精度,提供了一种高效的地磁导航解决方案,可广泛应用于现代导航设备。
