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.

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。

基于RGO-TiO_(2)纳米材料的湿度传感器

采用水热合成法制备感湿材料并在印有微型叉指电极的表面分别涂覆二氧化钛(TiO_(2))和还原氧化石墨烯(RGO)-TiO_(2)纳米薄膜来构建湿敏元件,敏感材料的形貌和结构用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)进行表征,测量薄膜各电学参数随湿度的变化,并分析其阻抗特性。结果表明:在室温下,加入0.2%RGO的TiO_(2)复合材料灵敏度高达0.135 MΩ/%RH,且湿滞相对较小,湿度传感器的响应时间为50 s、恢复时间为76 s。多次测量结果显示,传感器具有良好的重复性和稳定性。

一种CMOS阻抗谱测量电路设计

为了实现待测阻抗实部与虚部的提取,设计了一款基于0.18μm CMOS工艺的阻抗谱测量电路,其通过频率响应分析法在数字域中进行累乘与累加的操作,从而得到阻抗谱。该阻抗谱测量电路由Δ-Σ调制器和数字抽取滤波器等电路组成。相较于传统阻抗谱检测电路而言,该电路采用无运放Δ-Σ调制器结构,能对电流信号进行直接转换,减少了一个跨阻放大器(TIA)和一个跨导放大器(OTA),极大程度地减小了芯片的功耗和面积。仿真结果表明,在2 MHz的采样时钟下,2 kHz的带宽内,调制器的信噪失真比(SNDR)达到66.5 dB,有效位数(ENOB)达到10.75 bit,当电源电压为1.8 V时,电路功耗低至140μW。电路的阻抗谱输出与电流呈现良好线性关系。

一种带Cache加速的HyperRAM控制器设计与验证

针对目前可穿戴设备上对存储设备性能要求高、体积小、功耗低等问题,在FPGA上实现了一款可拓展的高性能HyperRAM控制器,并引入Cache缓存加速设计,以提高对频繁访问数据的命中率和优化存储器访问模式,实现更高速的数据传输和优化的系统性能。运用UVM验证方法学和FPGA进行验证,结果表明,带有Cache缓存的HyperRAM控制器相较于普通HyperRAM,在读写连续地址时性能提高61%,并具有较好的可靠性与有效性,可为嵌入式系统提供高效、灵活的存储器解决方案。

用于实时时钟的高性能晶体振荡器

设计了一种用于实时时钟的高性能晶体振荡器 ,采用振幅控制的机制以达到高频率稳定性和低功耗的要求 ,分析了振幅控制的原理和实际电路的工作方式。电路在 0 .6umCMOS工艺上实现 ,测试结果表明电路达到了预期的设计要求。

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.

应用于LCD控制器的动态抖动算法及帧速率控制技术

文章提出了应用于液晶显示(LCD)控制器的动态抖动算法及帧速率控制技术。抖动算法极大的改善了显示图象的平滑度,帧速率控制技术大大增加图象灰度而明显降低图象的抖动和赝象。结果显示在LCD控制器中采用动态抖动算法及帧速率控制技术,如果每一象素数据的位宽是8比特,则单色图象的显示效果可高达256级灰度,彩色图象高达2563彩色。

LVDS高速数据驱动器电路设计与研究

为了满足数据传输的高速度 ,低功耗的要求 ,开发出来了利用低电压差分信号传输技术 (简称LVDS)设计混合信号系统 ,可以确保铜导线能够满足高速数据传输 .分析了LVDS驱动器的电路结构 ,在此基础上提出了具体设计 。

应用于PDA的MCU接口的设计与实现

介绍了一种应用于PDA系统中的可支持多种类型MCU的接口的设计与实现。采用对不同MCU信号总线使用独立处理通道的设计思想 ,设计接口支持多达八大类的MCU ,同时达到其高速的要求 (最高 10 0M )。着重介绍了Motorola的MC6 8K2接口 ,它具有一定的共性。对所设计的电路进行了仿真 ,得到了很好的仿真结果 。

半双工RS-485收发器的发送电路设计

介绍了一种半双工RS 4 85通信收发器的发送电路的设计 ,该电路具有数据传输率高 ( 2 .5Mbit/s)、大驱动电流 (可驱动 32个收发器 )的特点 ,且具有高电压保护和过流保护的功能 .为了进一步提高电路性能 ,在设计中灵活运用了肖特基势垒二极管 .并用candence公司的spectre进行仿真 。

一种应用于EEPROM的快速升压电荷泵设计

设计了一种能快速升压的片上电荷泵电路。当电荷泵用于为EEPROM存储单元提供擦除及写入操作需要的高压时,其升压速度是重要的设计指标之一。研究发现,使用NPN晶体管代替传统Dickson电荷泵中的NMOS管组成升压链路后,能够提高电荷泵的升压速度和输出电压,且NPN晶体管能够用三阱CMOS工艺制作,不需要更复杂的BiCMOS工艺。基于0.18μm三阱CMOS工艺设计了电荷泵系统,包括时钟产生电路和12级采用NPN晶体管的Dickson电荷泵,其中时钟产生电路产生的两相不交叠时钟用于驱动电荷泵,避免电荷在泵电容间反向流通,同时增加预充管进一步提高升压速度。仿真结果显示,在5 V电源电压下,电荷泵的输出电压仅需2.06μs就能达到16 V,比传统的12级Dickson电荷泵快了2.51μs,实现了快速升压的目的。

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。

基于rGO-SnO_(2)复合材料的丙酮气体传感器制备与特征分析

制备并研究了一种基于还原氧化石墨烯(rGO)掺杂二氧化锡(SnO_(2))的可工作在室温的丙酮气体传感器。采用简单的水热合成法和物理混合法制备rGO-SnO_(2)复合材料,并在平面微型叉指电极上沉积敏感膜,以此构建气体传感器。敏感材料的形貌和结构用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)进行表征,并研究了rGO-SnO_(2)在室温下对丙酮气体的敏感性能。实验结果表明:室温下,rGO掺杂量的质量分数为7%的rGO-SnO_(2)复合材料构建的传感器对体积分数为200×10^(-6)的丙酮气体响应为48.4%,是纯SnO_(2)的1.73倍,具有更加优异的气体敏感性。

气体传感器阻抗特性及其在气体识别中的应用

该文对几款常见的金属氧化物半导体气体传感器进行了阻抗特性测试与分析,并初步探讨了将阻抗特性应用于气体识别中的可行性。基于带高斯核函数的支持向量机模型,设计了相应的气体识别系统,并对比了两种数据训练方法。根据分析结果,单纯使用阻抗实部或虚部进行训练的识别准确率为90%,而利用阻抗实部与虚部数据结合进行训练的识别准确率达到了93.33%。

一种宽输出范围低电流失配电荷泵设计

该文提出了一种用于锁相环的宽输出范围低电流失配的电荷泵电路。电路中引入负反馈回路,对电荷泵放电电流进行补偿,实现了充放电电流动态匹配,降低了电荷泵的电流失配率;采用低压偏置共源共栅电流镜代替传统电流镜,在降低输出电流变化量的同时保证了较大的电压输出范围;利用电压跟随技术消除了电荷共享效应。该电路基于0.18μm CMOS工艺进行设计,使用软件完成电路仿真验证。结果表明,在电源电压为1.8 V时,电荷泵的输出电流为10μA,输出电压在0.2~1.5 V的范围内,最大电流失配率为0.12%。

基于低功耗SoC的微型图像采集系统设计

针对低成本和低功耗的物联网SoC芯片发展要求,基于SMIC 55 nm CMOS工艺,以低功耗开源处理器RI5CY的SoC芯片为平台,结合片内含有DSP与A/D转换功能的低电压CMOS图像传感器OV7725,设计并实现了一款基于开源RISC_V指令集架构SoC芯片的图像采集控制系统.文中介绍了图像采集控制系统的结构,并详细阐述基于AHB总线的图像采集控制器的设计.控制器采用一种改进的异步FIFO来实现不同时钟域的同步设计,具有小面积和低功耗的特点.通过Modelsim仿真、DC综合以及FPGA验证,结果表明:该系统实现了视频图像数据的采集和传输,操作流程简单,易于软件调试,支持应用最高带宽可达37 MB/s. SoC芯片系统的时钟主频为200 MHz,芯片总面积为3 250×3 648μm2,总功耗仅为24.419 mW.

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%。