高速通信系统中并行CRC计算及电路实现

针对高位宽数据情况下的循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Code, CRC)电路计算工作频率较低以及资源占用过多的问题,设计并实现了一种并行CRC计算方法。该方法将CRC计算拆分为数据CRC计算和余数CRC计算两个部分,余数CRC计算由多个余数CRC计算模块级联完成,数据CRC计算模块由固定逻辑表达式实现,对二者计算结果做模二加法即得到CRC计算结果。根据数据长度选择相应的数据CRC计算模块和余数CRC计算模块的组合,以适应高位宽可变数据长度的CRC计算。以100 Gbps远程直接数据存取(Remote Direct Memory Access, RDMA)通信系统中的1 024 bits数据位宽CRC-32的计算为例,在VCU118开发板上实现了该算法的硬件电路。实验结果表明,所提设计仅使用4 760个查找表和2 658个触发器,整个系统带宽最高可达97.85 Gbps,最高工作频率可达326 MHz。与其他相关方法相比,提出的方法具有较高的工作频率且资源占用较少。

基于FPGA的异步串口通信波特率自动检测技术

针对常规串口通信波特率检测效率低、软件移植性差,甚至占用中央处理器(CPU)硬件资源等问题,本文基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)技术,结合Verilog HDL语言设计了一种异步串口通信波特率自动检测方法,可实现快速、准确检测异步串口通信的波特率值。通过统计异步串口通信中每个高低电平脉冲宽度,并比较脉冲宽度的数值,得到异步串口通信过程中最小的脉冲宽度。利用不同波特率的每个比特位宽与时间的关系,计算最小电平脉宽对应的波特率。仿真和测试结果表明,FPGA通过接收异步串口通信的数据,能实现异步串口通信波特率的自动检测,最大误差不超过1%,不依赖CPU,具有高效和准确的特点。

Flash型FPGA的编程及干扰抑制技术

为了降低Flash型现场可编程门阵列(FPGA)中的Flash开关单元在编程中受到编程干扰对阈值电压的影响,提高驱动能力的一致性,提出了高位宽编程技术与常用的选择管隔离技术相结合来抑制编程干扰的方法。通过高位宽编程技术降低编程过程中栅扰对同一行中Flash开关单元阈值电压的影响;通过选择管隔离技术降低编程过程中漏扰对同一列中Flash开关单元阈值电压的影响;采用NMOS晶体管作为隔离管实现自限制编程,对Flash开关单元的阈值电压进行精确控制。实验结果表明,参照系统等效门数为百万门级Flash型FPGA中的Flash开关阵列形式2 912 bit×480 WL×20 Bank,按最差条件进行479次漏扰测试,Flash开关单元受编程干扰后的阈值电压漂移约为0 V;进行时长为40μs的栅扰测试,Flash开关单元受编程干扰后阈值电压漂移约为0.02 V。

三维片上网络测试的时间优化方法

三维集成电路具有比传统的平面集成电路更高的性能.在三维集成电路上进行有效的测试架构设计和优化技术可以减少集成电路的测试代价.提出了一种三维片上网络测试的时间优化解决方案.首先根据封装前的IP核测试时间,为各层芯片选择合适的IP核,使得每层芯片上的IP核总的测试时间最接近;再利用整数线性规划和随机舍入的方法,在总的数据位宽限制下,再次为每层芯片分配合适的TAM数据线宽度,进一步减小各层芯片上IP核的测试时间.在ITC02标准下得到的实验结果可以看出,3DNoC的测试时间与2DNoC的测试时间相比有了大幅度的降低.

多路高速短消隐期线阵CCD图像数据存储设计

针对频率超过100MHz的高速航空航天遥感相机图像数据瞬时并行存储困难问题,提出了一种多路高速短消隐期CCD图像数据存储的方法。先将各路图像数据并行存储到SDRAM阵列,然后再逐路读出图像数据并经采集卡存储到主机的硬盘上;针对SDRAM需定时刷新开销大的问题,将输入图像数据进行位宽变换,降低SDRAM的读写时钟频率;采用串并转换和并串转换操作结合异步FIFO进行不同时钟域数据接口,解决了高速下图像数据非整数倍位宽转换难题,并给出了SDRAM最低的工作频率和异步FIFO的最小深度的计算公式。研究应用结果表明,以FPGA为数据处理和控制核心的设计满足应用要求,并行接收总数据率高达4.13Gbit/s。

宽带通信芯片中级联积分梳状插值滤波器的优化设计

级联积分梳状(CIC)滤波器由于其结构简单、高效等优点,经常作为宽带通信芯片中的抽取器或插值器。随着通信系统以及超大规模集成电路的发展,芯片集成密度越来越高,需要对芯片中关键模块积分梳状滤波器进行面积的优化。为此,设计一种应用于无线宽带射频芯片的CIC插值滤波器。通过位宽优化方法减少滤波器内部节点位宽,并在增益校正部分采用输出截位后的正则有符号数字量编码乘法代替全位宽二进制补码乘法。实验结果表明,与优化前的CIC插值滤波器相比,该滤波器的电路面积可优化58%左右。

MLP神经网络定点计算及误差分析

通过Matlab仿真实现了MLP(multilayer perceptron)神经网络的硬件定点计算,其中用CORDIC算法实现神经元激活函数(tanh)的计算.分析了计算误差与MLP网络各个部分有限字长的关系,特别是双曲正切型激活函数的误差与CORDIC迭代时输入数据有限字长、中间数据保护位位数以及迭代次数之间的关系,为MLP神经网络计算的硬件算法流程和数据位字长的选择做必要准备.

分析IIR滤波器值域与精度的高效算法

值域与精度分析是高级综合的重要步骤.虽然过去已提出了不少方法试图解决这两个问题,但针对无限冲击响应滤波器(Infinite Impulse Response,IIR)来说,这些方法要么过高估计数值要么无法处理任意阶的反馈电路.对于给定输入值范围与误差界限的IIR滤波器,我们提出了一个高效的启发式算法来解决值域与精度分析.该算法能用于优化整数和分数的比特宽度分配,获得优化的电路面积.实验结果证明了所提出的算法具有快速收敛性与鲁棒性,由于高阶IIR滤波器能分解为低阶结构的滤波器,因此该算法能高效的处理任意阶IIR滤波器.

ADC参数对光栅莫尔信号细分影响研究

莫尔信号细分是光栅传感器应用的必要环节,幅值分割法是实现莫尔信号细分的重要手段。为减小信号质量对细分结果造成的影响,误差补偿成为细分实现过程中必不可少的单元。本文针对数字式幅值细分方法开展研究,针对ADC参数对光栅莫尔信号误差补偿和细分效果的影响进行分析,建立ADC参数与莫尔信号直流补偿、幅值补偿和细分倍数之间的量化模型,设计并开展了直流和幅值补偿效果实验。研究结果表明:不同位宽的ADC对莫尔信号误差补偿和细分效果的影响不同,在本文模型的基础上,ADC位宽应提高1 bit^2 bit。研究成果对于莫尔信号数字式幅值分割细分系统的工程实现具有一定的指导意义和参考价值。

伪码引信瞄准式欺骗性干扰机干扰效果的影响因素研究

伪码引信已广泛地应用在舰空导弹和地空导弹中,因此研究如何有效地干扰该引信十分必要。首先给出了瞄准式欺骗性干扰机的实现原理框图,介绍了主要部件的硬件电路实现,包括伪码引信信号的解调、伪码序列识别、干扰波形的调制发射等。重点研究了误码、码元宽度误差和延迟误差各自单独存在时对干扰机干扰效果的影响,得出了在成功干扰情况下各自所允许的最大值。最后分析了上述影响因素的产生原因,并给出了相应的减小方法。

数字下变频中的数据位宽选择

数据位宽选择是硬件设计者必须要考虑的问题,其目的是在数据精度和资源消耗之间寻求折衷。针对数字下变频的硬件实现,为了对其数据位宽进行选择,通过仿真定量分析了数据位宽与数据精度、资源消耗的关系,并在给定数据精度限制的情况下,采用基于仿真的方法进行数据位宽选择,在研究了最优解的两种搜索方法后,又提出了一种新的搜索方法,均得到了满足要求的最优数据位宽。

自由空间光通信低功率激光干扰实验

以目前技术最为成熟、应用最为广泛的强度调制/直接检测(IM/DD)体制的自由空间激光通信体制为例,利用自主研发的无线激光通信系统,采用漫反射的方法,研究了小功率脉冲激光对自由空间激光通信的干扰效果。利用不同调制频率、不同脉宽的半导体激光器和固体激光器分别进行了多次激光干扰实验,证明了干扰的可行性,得出了调制频率、脉宽与干扰效果的关系,并结合自由空间激光通信原理和通信设备的工作流程对实验现象加以解释和分析,提出了低功率脉冲激光对通信系统实现干扰的条件。

伽利略搜救信号关键参数估计的克拉美—罗界

本文考虑信息位宽的不确定度,研究了伽利略搜救信号信息位宽、到达频率(FOA)和到达时间(TOA)估计的克拉美—罗界(CRB).首先推导了计算Fisher信息矩阵各元素的通用公式,然后推导得到了伽利略搜救信号Fisher信息矩阵各元素的计算表达式.具体计算时,利用单位冲激函数的性质和Parseval定理,将单位冲激函数的平方和转换到频域进行计算,得到了信息位宽、FOA和TOA估计的CRB的解析结果.数值分析和Monte Carlo仿真结果表明,该CRB具有有效性,可以用于评估信息位宽、FOA和TOA估计算法的性能.

实际COSPAS-SARSAT信号TOA估计算法研究

该文针对伽利略搜救系统中TOA高精度估计的需求,考虑了实际接收的COSPAS-SARSAT信号中信息位宽的不确定度和调制不对称度,提出了基于多维联合极大似然估计的TOA估计算法。文章首先介绍了含调制不对称度的COSPAS-SARSAT信号模型,然后推导了算法原理,并给出了具体的实现过程。Monte Carlo仿真结果表明,在34.8 dBHz的处理门限、调制不对称度为5%和-5%的极端条件下该算法得到的TOA估计的均方根误差小于13.5μs,满足15μs的系统指标要求,优于其他算法的估计精度。

伽利略搜救信号FOA和TOA精确估计算法

针对伽利略搜救系统中到达频率(FOA)和到达时间(TOA)高精度估计的需求,考虑到实际接收的信标信号中信息位宽未知的情况,提出了多维联合极大似然估计算法和体积重心算法相结合的FOA和TOA估计算法。在介绍信号模型的基础上推导了算法原理,给出了估计算法的具体实现过程。Monte Carlo仿真和实测结果表明,在34.8 dBHz的处理门限下,该算法得到的FOA和TOA估计的均方根误差分别小于0.03 Hz和9.5μs,优于0.05 Hz和11μs的系统指标要求。该算法目前已应用于伽利略中轨卫星地面用户终端(MEOLUT地面站)。

高职院校生态位宽度测量与应用的实证分析

高职院校的生态度宽位体现了学院吸纳资源、利用资源和对资源的输出及能量转换的基本情况。通过对浙江部分本科院校、高职院校生态位宽度的测量和对比,较为直观地发现了高职院校同质化竞争形成的生态位宽位趋同、资源需求趋同的问题,并据此提出生态位宽度优化的策略。

长波红外无线激光通信脉冲宽度调制实验研究

为实现长波红外无线激光通信,建立了基于脉宽调制的长波红外无线激光通信系统模型,对系统性能进行了分析,给出了系统误码率的计算公式.搭建了实验系统,对CO_2激光器的平均输出光功率随占空比的变化情况进行了分析,对不同占空比条件下接收端对应的激光平均脉冲宽度以及脉冲宽度受噪声影响的随机变化情况进行了分析,得到了激光输出平均光功率、平均脉冲宽度与占空比之间的关系,以及脉宽的分布规律,并将实验结果与理论分析结果进行了对比,在此基础上得到了脉宽最佳判决门限和系统各类工作参数同误码率之间的关系.结果表明,基于CO_2激光器的脉冲宽度调制能够实现长波红外无线激光通信.

基于LS-DYNA刨刀刨削煤岩的模拟研究

利用有限元分析软件LS-DYNA,建立刨煤机刨刀刨削煤层的三维模型,模拟刨刀刨削煤层的动态过程。研究中,获取了刨刀刨削阻力、应力分布等时间历程曲线,分析了刨刀不同刨削深度、刨刀间距和刨刀宽度对刨削能耗的影响。

CRC查询表及其并行矩阵生成方法

循环冗余校验码(CRC)被广泛应用于通信领域。直接按位计算CRC校验值的方法难以满足高速链路要求,查询表方法与并行处理在很大程度上可以突破处理速度上的瓶颈。对查询表与并行处理矩阵之间的关系进行探讨,给出任意阶次生成多项式及任意处理位宽的查询表并行矩阵生成方法,并衍生出块处理方法。对表查询方法、并行矩阵查询方法及块处理方法的性能进行了比较分析,结果表明,并行处理位宽w增加,处理时间减少,并行矩阵方法在存储空间上表现更优;块处理通过减小校验序列长度,运算速度显著提高。

青海野马泉矿区钻头水口改进的研究

青海野马泉矿区在钻探生产中通常采用大钻压、高线速度的钻进规程。由于在钻进过程中单位时间内产生的岩粉量多、摩擦生热快且难以排出,常出现钻头非正常磨损现象,导致钻头提前失效,使得提下钻频繁,严重影响施工进度。根据现场地层情况和工艺条件设计了钻头,改进了钻头配方和钻头制造工艺,将钻头水口进行了适当的加宽。数值模拟分析和野外试验结果表明,适当加宽水口可以有效地排粉、降温和提高钻头寿命。