操作系统与嵌入式系统实验教学的融合探索

分析目前操作系统和嵌入式系统课程的实验教学过程中的问题与挑战,阐述两个课程各自特点以及知识的综合运用,提出以开源平台为基础同时结合配套设施资源的新型教学模式,说明具体教学改革方法。

XOS:面向用户体验质量的高能效异构多核调度算法

智能移动设备的重要作用日益凸显，然而，对于性能的追求与有限电池容量的矛盾制约了产业的发展．异构多核处理器架构以其平衡性能与能耗的优势，成为一种新型的解决方案．用户体验优化是智能移动设备的重要设计目标．借助一个分段式的用户体验模型，提出了面向异构多核设备的XOS （experience oriented scheduler ）调度算法．XOS 能够跨层获取任务信息，识别与用户直接交互的任务组，保证这些任务的计算资源分配以保障用户体验，同时限制非交互性任务的计算资源以降低能耗．通过建立一套仿真系统验证了算法的有效性并进行了调整优化，然后在Odroid‐XU3开发板Android系统中进行了原型实现和验证．实验结果表明：XOS算法对于不同类型的任务仅产生了2．7％-7．3％的用户体验下降，但节省了8％-48％的能量．

嵌入式HTML文档解析器的设计与实现

针对HTML文档在手持移动阅读设备上的阅读有效性问题,设计实现一种面向嵌入式应用的、平台无关的HTML文档解析器,对其关键技术进行阐述和分析。提出一种屏幕适配探测机制,实现对当前屏幕阅读无效内容的过滤。实验结果表明,该解析器降低了对嵌入式系统处理能力与内存配置的要求,能满足手持阅读设备的需要。

结合结点信任度的Ad Hoc地址配置协议研究

针对当前大部分Ad Hoc地址配置协议配置时间较长,网络负载较大,随着网络规模的增大,协议性能下降较快等问题,提出一个新的配置协议。该协议提出了结合结点信任度的单结点分发多结点服务的模型,以及在该模型下的两次信息交换配置算法和寻找地址服务器的算法。介绍协议中出现的网络拥塞丢包、冷启动、最高信任度结点变更,信息同步等问题的处理方法。最后的实验结果证明了该协议保证配置的唯一性,具有低延迟、低负载,不依赖底层路由等特点,并且平均性能不会因为网络规模的增大而降低。

类纸阅读器在线读物系统的研究与实现

针对类纸阅读器中在线读物的排版和网络延时问题,提出一种面向嵌入式系统的在线读物系统。利用启发式规则对在线读物内容进行过滤和二次排版,使当前阅读内容的排版适应类纸屏幕,并对其进行缓存与预取,为用户提供本地化的阅读体验。实验结果表明,该系统可提高类纸阅读器中在线读物的阅读有效性。

基于RAR格式的文本水印冗余空间算法研究

随着数字出版形式的不断丰富、版权主体和发行渠道的不断变更,RAR类压缩文件由于工具易于获取,操作简单,压缩方法丰富等特征受到越来越多的关注和使用。为解决RAR类压缩文件的盗版侵权等问题,通过分析当前数字出版环境对于文本水印要求的变化,详细解析了RAR文件格式,采用遍历寻找冗余空间的方式对RAR格式中水印可嵌入空间进行了研究,提出了文件头部可选字节增项和无效块追加的嵌入方法,给出了算法实现和评价分析,通过实验验证了该方法的可行性。

自恢复的电子纸屏幕显示管理策略研究

电子纸电子书阅读器的技术不断进步,但是电子纸屏幕始终存在刷新速度慢、屏幕残影和清除残影刷新闪烁的问题,增加了电子纸屏幕控制软件的设计复杂度。文章提出了屏幕衰老和屏幕恢复的概念,基于此概念对电子纸屏幕刷新过程的用户阅读舒适度建立数学模型描述,针对该模型提出了自恢复的屏幕管理算法,并通过实验验证了算法的有效性。

基于任务队列的电子纸显示屏刷新策略研究

电子纸具有功耗低、静态显示等特点,在屏幕阅读方面有着良好表现,但是由于电子纸刷新速度较慢,当刷新请求过于频繁时,电子纸显示屏会持续刷新,无法及时响应新的刷新请求,这种现象称为刷新拥塞。刷新拥塞会造成系统运行效率低、响应慢等问题,影响用户体验。文章提出一种基于任务队列的电子纸显示屏刷新策略,运用刷新区域合并的机制有效解决了刷新拥塞问题,并且讨论了刷新策略中的内存同步机制。

WOLF-Linux的五层结构设计与实现

构建基于Linux的嵌入式系统,对可靠性、安全性、功耗等具有较高的要求,因此需要一种模型来清晰完整的描述系统,指导系统的设计与实现。综合嵌入式系统各种要素,结合结构模型和层次思想,提出和分析了嵌入式系统五层结构模型,并将其应用于嵌入式Linux系统——WOLF-Linux的开发中。五层结构模型较好地指导了系统的完成,验证了该模型对于嵌入式系统设计与实现的有效性。

面向大模型时代计算机系统能力培养的智能协同教学实验设计

面临大模型带来的冲击和挑战,传统教学活动中的技能和经验训练模式已经难以满足新时代计算机系统能力人才培养的诉求,结合布鲁姆的能力认知模型对大模型时代系统能力人才的专业能力重新进行了界定和细化,并探讨了一种通过智能协同的方式,以大模型作为辅助工具进行相应能力训练的教学实验设计方法与思路。

基于通用大语言模型的计算机系统创新实验设计

大语言模型等颠覆性智能技术正在推进新质生产力的快速发展和形成,对传统知识驱动型教学模式产生了极大冲击,也对高校人才培养的能力目标提出了新的挑战。该文首先在分析实验教学培养学生新型创新能力的基础上,提出“既定方向、多元路径、弹性目标”的实验课程设计框架,以及培养“智能协同创新”能力的综合性实验设计方法;然后以计算机组成原理课程为例,详述了综合性创新实验案例的设计方法;最后结合实验课程实施情况,分析了学生能力培养成效。

基于离线调度的电泳式类纸显示屏多通道刷新研究

类纸显示屏由于其所具有的自然性,已经被认为是在未来的普适计算环境中一种不可或缺的显示材料。文章针对类纸屏控制器的多通道刷新原理进行分析,提出了一种基于离线调度的多通道刷新调度方法。通过数学证明,该方法在保证显示顺序依赖的前提下,可以对队列中的多刷新任务实现在获得最优显示时间下的并行刷新任务划分。

面向边缘计算的嵌入式FPGA卷积神经网络构建方法

当前,高计算消耗的应用和服务逐渐从集中式云计算中心向网络边缘的嵌入式环境迁移,FPGA因其灵活性和高能效特性,使其在边缘计算的嵌入式系统中得到广泛的应用.传统的FPGA卷积神经网络构造方法存在设计周期长和优化空间小等缺点,无法有效探索硬件加速器的设计空间,在网络边缘的的嵌入式环境下尤为明显.针对该问题,提出一种面向边缘计算的嵌入式FPGA平台卷积神经网络通用的构建方法.通过设计卷积神经网络函数中的网络层间可复用的加速器核心,以少量硬件资源实现性能优化的卷积神经网络硬件;通过拓展设计、缓存优化及数据流优化等技术,实现HLS设计优化;利用该方法在嵌入式FPGA平台上构建相应卷积神经网络,实验结果表明:优化后的网络模型在与Xeon E5-1620CPU和GTX Titan GPU相比时,在功耗与性能方面具有一定优势,适合应用于边缘计算环境中.

一种基于计算迁移的智能终端商标识别方法

在移动终端进行商标识别时,使用图像处理技术的传统方法已不再适用.针对这一问题,提出基于计算迁移的智能终端商标识别方法.首先通过分析商标识别应用的组织架构来划分商标识别应用的任务节点;然后构建基于任务节点的应用成本图,设计计算迁移的约束条件;最后制定计算迁移的目标函数,以实现应用能耗与应用时长的均衡.实验结果表明,该方法可以提升移动终端商标识别应用的性能,降低本地能耗,增强用户体验.

Half-Art——一种基于Halftone和QArt的新型二维码艺术化算法

为了提高二维码的辨识度和多样性,对Halftone算法的基本思想和优缺点进行了分析,并对其应用进行了扩展.结合Halftone和QArt的部分思想,提出了一种新型的艺术化算法——Half-Art.该算法分为数据修饰和图片处理两个阶段,分别使用了里德-所罗门码的数学特性和二值化后的图层蒙版粘贴算法将二维码向目标图片拟合.Half-Art算法综合了Halftone和QArt两种算法的优点,弥补了Halftone算法杂点过多、QArt算法拟合程度不高等缺点,优化后的二维码在通过电子渠道传播时具有良好的可读性.

物联网工程实验课程体系建设与实践教学研究

针对实验课程体系建设与实践教学过程中存在的问题与挑战,介绍南开大学物联网工程专业实验课程体系建设思路,提出以应用为导向,紧贴实际、侧重基础、结合实训、以赛代练的实践教学指导思想。通过具备针对性、拓展性和延续性的典型教学案例,及物联网教学示范系统的建设,说明了实验课程内容设计和教学改革方法,阐述了如何将实验课程与实际应用紧密结合,引导学生发现问题与解决问题,激发学生创新思维,提高学生工程实践能力。

虚拟化环境中线程级SLO保障的I/O软件框架研究

云计算产业的快速发展使得虚拟化技术在各大云服务商心目中占据重要地位。为了获取更高的利润,云服务商需要在保障用户体验的前提下尽可能地利用设备性能。通过利用I/O请求的优先级和重要性等信息,研究者们已经在Linux内核中实现了很多提高程序性能的方法。然而,虚拟机中的这些信息在传递到宿主机的过程中会丢失,所以提出了一种基于服务水平目标SLO的I/O保障框架。首先分析了I/O请求优先级等信息丢失的原因,并提出了传递这些信息需要解决的关键性问题。在此基础上,本文提出的框架通过对Linux内核、virtio协议以及KVM的I/O虚拟化程序QEMU进行扩展,成功地将虚拟机线程的SLO信息传送至宿主机并在此基础上实现了基于SLO信息的调度器。最后,通过实验验证了框架的可行性,优先级最高的线程吞吐量可以达到260 KB/s,优先级最低的线程吞吐量只有10 KB/s,成功证明了由框架传递下来的SLO信息对宿主机中调度器的调度起到了积极作用。

从计算机体系结构发展历程看数据流计算思想

在计算机体系结构发展历程中,冯·诺依曼(von Neumann)计算机结构一直是计算机系统的主流架构.谈及非冯计算机体系结构时,数据流计算机无疑是被提及最多的.本文从计算机体系结构发展历程的角度,分析数据流计算思想在计算机体系结构创新发展过程中发挥的重要作用.本文首先回顾数据流计算思想、分析早期数据流计算机的局限性;之后分析在现代中央处理器(central processing unit,CPU)技术中所借鉴的数据流计算思想,乱序执行和多线程技术;进一步介绍流计算思想、流处理器技术和图形处理器(graphics processing unit,GPU)中的数据流计算思想;然后针对大数据智能化时代计算机系统的发展变化分析数据流计算思想的运用.最后总结数据流计算思想运用规律,展望未来发展趋势.

油气田钻采物资保障体系模拟仿真系统研究

通过建立"岸基基地-作业平台"、"岛礁基地-作业平台"、"浮式平台-作业平台"3种方式多点基地对多点作业平台的储运模型,基于模拟退火算法,开发完成物资供补模型的计算机仿真优化系统.该系统通过对各项基本参数在合理范围内的遍历,确定最优的供补方案.仿真结果良好,性能优异.