一种面向异构片上系统的调试器框架

异构片上系统具有定制化满足应用的特异性需求特点,成为多个领域内的主流解决方案.但用户在异构片上系统上进行开发需要面对多种计算资源带来的程序错误,而不同异构片上系统构建统一的调试器框架也面临巨大的挑战.针对上述问题,本文提出了一种面向异构片上系统的调试器框架,该调试器框架设计了异构处理器调试器框架通用接口,开发者可以通过框架功能接口快速构建异构调试器.该框架功能丰富,通过线程切换实现了对异构多核程序的调试,也实现了异构程序性能分析等功能.该框架生成的调试器与传统硬件调试器相比,加载异构程序速度快,是读内存速率的5.5倍,是写内存速率的16.5倍,调试速度大大提高.

宽范围负载CL-LDO的设计

针对规模与功耗骤增的集成电路发展趋势,设计了一种可以提供宽范围负载电流的无片外电容型低压差线性稳压器(CL-LDO).为了解决宽范围负载电流与无片外电容等需求所带来的稳定性问题与瞬态特性问题,提出了动态零点补偿的方式与瞬态增强电路结构,既保障了整体电路在全负载范围内保持稳定,又实现了较好的瞬态特性.基于0.11μm CMOS工艺,完成电路设计、版图设计与仿真,仿真结果表明,在0~500 mA的负载范围内,整体环路增益可以达到68 dB;最小相位裕度为56°;当负载电流在1~500 mA之间发生跳变时(Δt=500 ns),输出过冲和下冲分别为56 mV和141 mV,建立时间分别为2μs和0.78μs;PSR为-67.2 dB@1 kHz,负载调整率为0.137μV/mA.

永磁同步电机矢量控制专用集成电路的设计

针对软件矢量控制策略因响应慢、成本高而无法满足永磁同步电机(PMSM)领域控制新需求的问题,设计一种矢量控制专用集成电路(ASIC)。采用双闭环控制结构为基础设计芯片架构,使用VerilogHDL硬件描述语言设计矢量控制、坐标旋转数字计算(CORDIC)、电流采样接口、编码器接口和串口通信等模块,通过硬件架构实现并行加速。利用ModelSim平台仿真验证所设计电路的功能,以FPGA为核心搭建芯片物理验证平台,控制PMSM的电流与速度。结果表明:所设计的ASIC输出PWM信号达到12.2 kHz,双环频率分别达到12 kHz和8 kHz,具有快速动态响应与良好的稳态特性;且能够实现高性能、低成本、可移植的电机控制,在电机控制领域具有一定的应用价值。

面向国产高性能加速器的LLVM编译器设计及优化

国防科技大学自主研制的高性能加速器采用中央处理器(CPU)+通用数字信号处理器(GPDSP)的片上异构融合架构,使用超长指令集(VLIW)+单指令多数据流(SIMD)的向量化结构的GPDSP是峰值性能主要支撑的加速核。主流编译器在密集的数据计算指令排布、为指令静态分配硬件执行单元、GPDSP特有的向量指令等方面不能很好地支持高性能加速器。基于低级虚拟器(LLVM)编译框架,在前寄存器分配调度阶段,结合峰值寄存器压力感知方法(PERP)、蚁群优化(ACO)算法与GPDSP结构特点,优化代价模型,设计支持寄存器压力感知的指令调度模块;在后寄存器分配阶段提出支持静态功能单元分配的指令调度策略,通过冲突检测机制保证功能单元分配的正确性,为指令并行执行提供软件基础;在后端封装一系列丰富且规整的向量指令接口,实现对GPDSP向量指令的支持。实验结果表明,所提出的LLVM编译架构优化方法从功能和性能上实现了对GPDSP的良好支撑,GCC testsuite测试整体性能平均加速比为4.539,SPEC CPU 2017浮点测试整体性能平均加速比为4.49,SPEC CPU 2017整型测试整体性能平均加速比为3.24,使用向量接口的向量程序实现了平均97.1%的性能提升率。

面向RISC-V嵌入式处理器的浮点单元设计与移植

针对软件实现浮点运算的速度无法满足RISC-V嵌入式处理器浮点运算的需求,设计了一种由浮点加法器和浮点乘法器构成的浮点单元(FPU),其中浮点乘法器提出了新型的Wallace树压缩结构,提高了压缩速率。在“蜂鸟E203”处理器中,完成浮点指令的译码模块与派遣模块的设计,实现FPU模块的移植。基于Simc180 nm工艺,使用Sysnopsys公司的Design Compile、VCS工具对FPU进行功能验证和综合,仿真结果表明,浮点加法器的关键路径延时为10.17 ns,相比于串行浮点加法器延时缩短23%,浮点乘法器的压缩结构关键路径延时为0.27 ns,相比传统Wallace树压缩延时缩短10%,移植前后的FPU运算结果一致。

一种低功耗时钟树综合的寄存器聚类方法

随着集成电路制造工艺的进步与芯片集成度的提升,对于低功耗芯片的需求越来越大.时钟网络功耗占芯片总功耗的40%以上,优化时钟网络的功耗已成为高性能集成电路设计中最重要的目标之一.本文提出了一种新的寄存器聚类方法来生成时钟树的叶级拓扑结构,通过限制群组的扇出、负载和范围,对寄存器进行合理分组,减少了缓冲器的插入数目和总布线长度,有效降低时钟网络功耗.将该方法整合到传统的时钟树综合(CTS)流程中,在ISCAS89基准电路上测试并分析其有效性.实验结果表明,该寄存器聚类方法在不影响时钟树最大延时的情况下,有效减少了时钟网络20%以上的功率耗散和20%以上的时钟偏移.

一种模拟输出CMOS温度传感器的设计与实现

为了实现片上系统温度监测,设计了一款基于0.18μm CMOS工艺的模拟输出温度传感器,该温度传感器核心部分包括偏置电路和感温电路,辅助部分包括单位增益缓冲器电路和端口静电保护电路。偏置电路采用低压共源共栅电流镜结构,感温电路采用直接堆叠多个PNP管的方式,将外界温度转化为具有负温度系数的线性电压信号。再经过基于轨到轨运算放大器的单位增益缓冲器输出,得到模拟电压输出的温度信号。该温度传感器的结构简单、易于设计,并且具有较大输出电压范围。其中核心部分的面积约为0.056 mm^(2),当电源电压为5 V时,静态电流约为6μA。芯片经过流片,测试结果显示,测量温度范围在-55~120℃时,对应的输出电压为2.6~0.7 V,温度误差在3℃以内。

一种恒跨导高增益轨到轨运算放大器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种新颖的恒跨导高增益轨到轨运算放大器。输入级仅由NMOS管差分对构成,采用电平移位及两路复用选择器控制技术,在轨到轨共模输入范围内实现了输入级恒跨导。中间级采用折叠式共源共栅放大器结构,运算放大器能获得高增益。输出级采用前馈型AB类推挽放大器,实现轨到轨全摆幅输出。利用密勒补偿技术进行频率补偿,运算放大器工作稳定。仿真结果表明,在1.8V电源电压下,该运算放大器的直流开环增益为129.3dB,单位增益带宽为7.22MHz,相位裕度为60.1°,整个轨到轨共模输入范围内跨导的变化率为1.44%。

基于虚拟仪器的数字化电源DCCT线性度测试系统

利用虚拟仪器技术LabVIEW建立了一套可靠、有效的SSRF数字电源中高精密DCCT(DC current transducer)的线性度测试系统,实现了仪器控制和数据采集与记录。软件设计通过GPIB接口进行通讯,友好的人机界面能够方便地进行数字电源DCCT线性度测控,并显示即时的电流值,同时通过RS232控制高精度大电流稳流电源开关与电流输出。Excel格式数据存储通过该软件完成,得出线性度,并为进一步分析DCCT性能提供依据。

LabVIEW在SSRF数字电源研制中的应用

上海同步辐射装置数字化电源的开发主要是采用完全数字化PWM直接控制功率管IGBT的数字控制器,利用LabVIEW平台开发了数字电源的监控程序,通过串口通讯(R232)进行监控,友好、清晰的人机界面能够方便监测数字电源和修改它的控制参数。并基于LabVIEW编写的另一个虚拟仪器程序通过高精度的Keithley仪器和计算机实现该数字电源的电流长期稳定性测试和记录,Excel格式数据存储通过该程序完成,可以为以后进一步分析做准备。

基于LabVIEW的数字化电源高精密DCCT稳定性测试系统

利用LabVIEW开发平台建立了一套可靠、有效的SSRF数字电源中高精密DCCT(DC cur-rent transducer)的稳定性测试系统,包括硬件与软件设计。通过串口(RS232)与GPIB接口进行通讯,友好、清晰的人机界面能够方便地实现数字电源DCCT稳定性测控,并显示即时的稳定性,同时工控机实现数字电源高精密DCCT长期稳定性测试的数据记录与保存。Excel格式数据存储通过该软件完成,不仅可以得出稳定性数值与曲线图,还可以为以后进一步分析做准备。

一种高电源抑制比的全MOS电压基准源设计

基于MOS管在亚阈值区、线性区和饱和区的不同导电特性,采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计了一种全MOS结构的电压基准源。为了改进核心电路,通过设计并优化预抑制电路,使整个电路实现了高电源电压抑制比的输出电压。对电路进行仿真,当电源电压大于1.5V时,电路进入正常工作状态;在1.8V电源电压下,-20℃~120℃范围内,温度系数为1.04×10^-5/℃,该电压基准源的输出电压为0.688 V;低频时,电源电压抑制比达到-159.3dB,在1MHz时电源电压抑制比为-66.8dB,功耗小于9.83μW。该电压基准源能应用于高电源电压抑制比、低功耗的LDO电路中。

基于指纹生物特征识别的新型防伪系统设计

针对防伪识别中识别效率和准确率低等问题,研究了指纹生物特征在标签防伪领域中的应用,提出了基于TI DSP芯片TMS320C5515为核心的标签防伪系统设计方案,完成了由指纹模板录入、防伪标签生成、防伪标签检测、检测结果显示等指纹标签防伪检测系统的硬件与软件设计,实现对防伪标签的制作与智能化识别检测。实验结果表明,指纹录入与标签指纹采集匹配正确率达到97%以上,融合了特种油墨的指纹标签能实现标签的防伪检测,识别产品真伪,防止标签复制。指纹生物特征识别的新型防伪系统简单易用、识别率高;可提高产品防伪识别的准确性和效率。

一种用于全MOS电压基准源的新颖预抑制电路

提出了一种用于全MOS电压基准源的新颖预抑制电路。采用一个大宽长比PMOS管和负反馈环路,将预抑制电压与基准电压之差固定为一个阈值电压。获得的预抑制电压用来为全MOS电压基准源供电,极大地改善了基准电压的电源调整率、温度稳定性和电源电压抑制比。采用Nuvoton 0.35μm 5V标准CMOS工艺进行仿真,整个电路的版图尺寸为64μm×136μm。结果表明:电压基准源的输出基准电压为1.53V;电源电压在3.4~5.5V范围内,线性调整率为97.8μV/V;PSRR在10 Hz处为-143.2dB,在100 Hz处为-123.3dB,在1kHz处为103.3dB;环境温度在-45℃~125℃范围内,平均温度系数为8.7×10^(-6)/℃。

一种低温漂低电源电压调整率的基准电流源

利用NMOS管在亚阈值区、线性区和饱和区不同的导电特性,产生正温度系数电流;多晶硅高阻与N阱电阻组成串联电阻,代替线性区的NMOS管,产生与正温度系数电流互补的负温度系数电流。采用自偏置共源共栅电流镜结构,提出一种无运算放大器和三极管的求和型CMOS基准电流源。基于Nuvoton 0.35μm CMOS工艺,完成设计与仿真。结果表明,在-40℃～100℃的温度范围内,电流变化为2.4nA,温度系数为7.49×10^（-6）/℃;在3.0～5.5V的电压范围内,电源电压线性调整率为3.096nA/V;在5V工作电压下,输出基准电流为2.301μA,电路功耗为0.08mW,低频时电源电压抑制比为-57.47dB。

新安江模型在浙江白水坑水库的适用性研究

为探究新安江模型在白水坑水库的适用性,选用白水坑水库区域的日模型和次洪模型资料对模型参数进行率定,并用率定好的参数对模型模拟结果进行检验和误差分析。结果表明,新安江模型在白水坑水库的模拟精度较高,在白水坑水库流域适用性很好,可为新安江模型在白水坑水库地区的洪水预报应用提供依据。

数字化电源高精密电流传感器性能影响的分析

在上海光源（SSRF）数字化电源系统的研制中，建立了数字化电源高精密电流传感器（DCCT）测试系统与高性能数字化电源测试系统，针对2个系统采用设计的I／V转换箱为DCCT供电，要求一定的性能指标，进行了DCCT供电电压性能影响的实验研究分析，结果显示：DCCT的供电电压为±15V，变化小于±5％时，精度能达到0．1％，输出可达到3×10 -6 -4×10 -6的偏差，能满足系统测试的要求，实验验证了L／V转换箱的DCCT供电电压满足±15V，变化小于±5％，且精度变化优于0．01％，表明L／V转换箱DC—CT供电电压完全满足DCCT供电指标，保证了DCCT输出的性能指标，能够应用于2个测试系统。

基于虚拟仪器技术的电力谐波失真分析

利用LabVIEW设计了一款具有信号仿真设计、数据处理、波形显示与存取等功能的谐波分析仪。对电力系统方面存在的谐波失真信号进行仿真分析,数据处理模块实现了频谱测量、谐波分析和功率谱分析的功能。谐波分析采用了FFT算法,对信号不加窗和加窗经过参数测量后分析,加入窗函数可减少频谱泄漏,提高测量精度,从而验证了谐波分析仪设计的合理性和可行性。

一种高精度高转换效率的LED驱动电路

基于HHNEC 0.35μm 40 V BCD工艺,采用峰值电流检测模式的脉冲宽度调制方式,设计了一款能在8～42 V的输入电压范围内,-40～125℃的温度范围内正常工作的高转换效率、高输出电流精度的发光二极管(LED)驱动电路,版图面积为925.3μm×826.8μm。利用带负反馈的预稳压电路为基准源电路和线性稳压器提供稳定的工作电压,新颖求和型CMOS基准电流源提供低温漂、高精度的偏置电流,带预抑制电路的基准电压源提供高精度的参考电压,提高了输出电流的精度。仿真结果表明,在典型工艺角TT下,当输入电压为40 V,驱动9个LED,输出电流为400 mA时,该LED驱动电路转换效率为95.8%,输出电流精度为1.75%。

SSRF高性能数字化电源检测系统

设计了上海光源(SSRF)高性能数字化电源检测系统的硬件,并采用LabVIEW开发了RS-232/以太网通信的系统检测软件,实现了仪器与数字化电源控制和24h的数据采集、显示与保存功能。用户可通过局域网方便地通过此系统获取数据,并用Excel格式存储数据为SSRF数字化电源系统性能分析和建立数字化电源性能指标数据库提供依据。