基于SoC的非对称数字系统算法设计与实现

文章提出一种在片上系统(System on Chip,SoC)实现高吞吐率的有限状态熵编码(finite state entropy,FSE)算法。通过压缩率、速度、资源消耗、功耗4个方面对所提出的编码器和解码器与典型的硬件哈夫曼编码(Huffman coding,HC)进行性能比较,结果表明,所提出的硬件FSE编码器和解码器具有显著优势。硬件FSE(hFSE)架构实现在SoC的处理系统和可编程逻辑块(programmable logic,PL)上,通过高级可扩展接口(Advanced eXtensible Interface 4,AXI4)总线连接SoC的处理系统和可编程逻辑块。算法测试显示,FSE算法在非均匀数据分布和大数据量情况下,具有更好的压缩率。该文设计的编码器和解码器已在可编程逻辑块上实现,其中包括1个可配置的缓冲模块,将比特流作为单字节或双字节配置输出到8 bit位宽4096深度或16 bit位宽2048深度的块随机访问存储器(block random access memory,BRAM)中。所提出的FSE硬件架构为实时压缩应用提供了高吞吐率、低功耗和低资源消耗的硬件实现。

基于C8051 F020 SOC芯片的系统温度测控的实现

基于C8051F020数模混合SOC芯片的固有硬件特点,提出了一种新的系统温度测控软硬件实现方法。经过适当的数字信号处理和数值转换,能够达到较满意的系统温度测控目的。在功能实现中,采用了基于硬件的ADC可编程窗口检测器进行过限值报警,提高系统的实时性。同时,提供了多种冷却风扇的控制方式,进一步提升了芯片温度测控功能的应用价值。

蓝牙链路管理的系统级SOC设计方法

提出了事务级面向对象的设计流程TLOOF(Transaction Level Object Oriented Framework),强调高层次的设计和验证,并使用面向对象的Petri网和实时UML相结合的方法,用SystemC对系统的行为建模.将TLOOF应用于蓝牙芯片的设计中,蓝牙行为模型由链路管理器和链路控制组成,映射为CPU、内存、片上总线、链路控制等体系结构模块.建立了蓝牙链路连接的OOPN模型并描述了事务级模型的类图,完成了系统的仿真.仿真结果表明,该片上系统(SOC)设计方法可以很好地对蓝牙系统建模.

SoC FPGA在声波测井数据采集系统中的应用

传统的数据采集系统采用现场可编程门阵列+数字信号处理器(FPGA+DSP)架构,复杂化了硬件设计,增加了系统功耗。以SoC FPGA为核心搭建的声波测井数据采集系统,充分发挥了微处理器控制能力强和现场可编程门阵列灵活的特点,利用总线互联通信等SoC技术,简化了硬件设计,降低了电路功耗,提高了系统的可靠性。

UML到Verilog同态映射在SOC系统级建模上的应用

SOC设计变得日益复杂要求我们在更高层次抽象上分析和验证系统行为。更精细的系统级建模方法变得日趋重要。文章主要目标是阐述怎样使用统一建模语言UML来构建一个复杂SOC设计框架及抽象其各个模块间行为的交互,建立了一个UML到Verilog的同态映射,提出了一个基于同态映射的从UML模型子集自动导出相应可综合Verilog描述的算法,为UML模型对于建模硬件系统提供了形式化的语义,从而能够验证并综合UML模型,加快了SOC设计流程。

应用于MEMS陀螺仪的SoC设计

为了解决微电子机械系统(MEMS)陀螺仪体积较大、冗余的计算资源浪费等问题,对Cortex-M3内核的数据处理能力及总线架构进行了研究,设计了一款应用于MEMS陀螺仪的智能化、小型化、低功耗的片上系统(SoC);通过分析温度对陀螺输出信号的影响,对MEMS陀螺温度误差的智能化补偿方式进行了研究,采用以Cortex-M3为核心与电容/电压转换电路、模数转换器(ADC)等模块进行集成化设计的方法,在实现同样功能的情况下减小了陀螺体积;结合MEMS陀螺仪对信号处理资源的要求对存储空间及通信接口进行配置,采用0.18μm BCD加工工艺对SoC进行设计制作;测试结果表明,针对MEMS陀螺仪进行匹配设计的SoC对陀螺输出信号进行温度补偿处理后,全温度区间(-40~85℃)零偏变化量由3.147°/s降低到0.035°/s,显著提升了MEMS陀螺仪的全温测量精度。

基于ARM的无线SoC设计

无线片上系统(System on Chip,SoC)已成为物联网产业发展的基础,在现代信息社会中占有越来越重要的地位。但由于通信算法的复杂化、通信协议的多样化,对无线通信设备的要求也在提高。针对此问题,使用Arm®Cortex™-M0处理器设计无线SoC,使用先进高性能总线(Advanced High-performance Bus,AHB)与先进外围总线(Advanced Peripheral Bus,APB)连接外设,Msi001芯片采集FM信号后通过解调算法得出解调信号,利用接收信号的强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)模块实现FM电台收发和自动搜台,结合液晶显示器(Liquid Crystal Display,LCD)屏、矩阵键盘、数码管等模块实现人机交互,相比传统无线通信设备有更好的音质和更快的响应速度。

基于Nios Ⅱ的LED显示屏控制系统

主要阐述以ALTERA公司的FPGA为核心的基于Nios Ⅱ软核的嵌入式LED显示屏控制系统的设计方法。简要介绍片上系统(SOC)和可编程片上系统(SOPC)的概念,以及使用SOPC技术的灵活性和优越性;从系统的角度提出LED显示屏控制系统的完整设计方案,给出基于Cyclone Ⅱ芯片的Nios Ⅱ的LED控制器框图,并得到在Quatus Ⅱ中进行仿真的结果;结果表明利用ALTERA 的Cyclone Ⅱ芯片设计实现LED显示屏控制器优势明显。

面向SOC的可配置AHB接口组件

该文设计了面向SOC的可配置AHB接口组件。该接口组件针对SOC中的AHB总线从设备,提供寄存器、中断信号、SRAM、FIFO数据接口,实现了高度可配置性,兼顾了效率和重用性。该接口模块成功地应用在DAB和DRM接收机芯片的设计实践中。在DRM接收机芯片中的一个典型应用为0.18μmCMOS工艺下占用0.078mm2的面积。

一种图像缩放算法的SoC协同加速设计方法

针对无人机自主着陆的跑道检测、识别、跟踪等视觉算法中需要对大量图像进行缩放处理以便后续计算,但又对实时性要求比较高的情况,根据输入输出像素点的映射关系提出了一种适用于硬件加速的图像缩放算法,简化算法结构的同时利用现场可编程门阵列进行模块硬件功能的设计对算法加速,并采用软硬件协同的体系结构搭建实时图像处理系统。实验结果表明,该缩放算法处理精度高、耗时少,且用硬件逻辑实现后,可以进一步提速171倍,硬化后的系统可以通过摄像头获取图像数据,实时处理后在显示器中显示,达到30帧/s的处理速度,可以应用于实时性要求较高的图像处理算法中。

SOC总线仲裁算法的研究

集成到SOC中的功能模块越来越多,对于共享总线的SOC系统,片上仲裁是使得各个模块有效运作的必要手段。本文论述了SOC仲裁的基本原理,首先从目前SOC系统中常用的仲裁算法入手,分析了这些算法的特点。同时,在单一仲裁算法的基础上,针对不同的复杂SOC系统,提出了几种多层仲裁算法,并分析了各自的特性。

高精度高灵敏人机交互手势控制算法与SOC芯片

阐述了一种应用于人机交互领域的手势控制算法和片上系统（SOC）芯片设计。手势控制系统基于单摄像头与主动式红外补光方法,通过目标区域提取和特定姿势识别等核心算法,实现了对各类人机交互手势的高效识别。采用目标区域提取算法与主动式红外投影,通过伽马变换、干扰去除等操作实现输入图像的预处理,从而确定手掌所在位置。为了高效判别手势,该手势识别算法采用自适应的采样线方案,根据手掌与传感器之间的距离,自动确定采样线的位置、距离、数目等信息。该SOC芯片全集成所有功能模块,通过55 nm低功率（LP）工艺流片,芯片面积为4 148μm×5148μm,总体功耗88 mW,可以实现视场范围大于600 mm×600 mm×600 mm、判别精度不大于1 mm、分辨率不大于1 mm/像素,适用于人机交互手势控制应用。

SOC设计中的核心技术

随着集成电路深亚微米设计技术、制造技术的迅速发展,集成电路已经进入片上系统(SystemonaChip,简称SoC)时代。SoC设计技术是以IP(IntellectualProperty)核复用为基础,以软硬件协同设计为主要设计方法的芯片设计技术,本文从IP核复用技术、软硬件协同设计技术两个方面探讨了SoC设计中的核心技术。

分层式验证平台及覆盖率技术在SOC上的应用

本文介绍了应用RVM方法学搭建分层式验证平台,并阐述了基于RVM方法学的覆盖率驱动技术。这两种技术的应用帮助验证工程师提高验证效率并能确保验证的完备性。

利用SOC技术实现超声波测距模块

简单分析了典型的超声波测距原理,并具体介绍了一种利用SOC技术实现超声波测距模块的设计方法,重点讨论了CYPRESS公司芯片CY8C26443内部各模块的连接与参数设置及其软件设计,最后给出了所设计的测距模块的测试情况。

SoC安全芯片物理级攻击方法及安全防护探析

安全芯片使得信息安全性大为增强,其应用正日益广泛地融入到国家安全和百姓生活中。但与此同时针对安全进行的攻击也层出不穷,这使得研究安全芯片的安全防护成为迫切需要。如今专门针对芯片的攻击技术已经不仅仅是解剖与反向提取,已发展到深层次的简单功耗分析SPA、差分功耗分析DPA、故障分析攻击等,其攻击手段还在继续进步。探析了这几种攻击方法的原理,并针对相应的攻击探讨一些可行的防护措施。

权限管理型开放式微弱信号采集系统研究

在基于因特网、面向设备管理的开放式设备状态监测与故障诊断系统的系统构架下,引入权限管理的路径管理方式,有利于实现现场采集数据的专人专管。该系统在建立远程状态监测与故障诊断体系的同时,有机地将开放式微弱信号采集系统融合为体系的一个前台子系统,可以为设备管理部门及时提供现场设备运行状况,也可以成为一套独立的系统。论文详细介绍了系统的构成方式并采用变尺度随机共振算法作为微弱信号提取的手段,最后通过天津某大型电厂的应用证明了该系统的实用性和准确性。

基于FPGA的关键词识别系统实现

随着微电子技术的高速发展,基于片上系统SOC的关键词识别系统的研究已成为当前语音处理领域的研究热点和难点。运用Xilinx公司ViterxⅡ Pro开发板作为硬件平台,结合ISE10.1集成开发环境,完成了语音帧输出、MFCC、VQ和HMM等子模块的设计;提出了一种语音帧压缩模块架构,有效实现了语音帧信息到VQ标号序列的压缩,实现了由语音帧压缩模块和HMM模块构建的FPGA关键词识别系统。仿真实验结果表明,该系统具有较高的识别率和实时性,为关键词识别系统的FPGA硬件电路的实现研究提供了实例。

低翻转率的SoC总线组合编码算法

为降低SoC总线功耗,避开现有总线编码技术在应用上的局限,提出了一种SoC总线编码算法。算法基于总线上IP可复用的观点,采用分组BI码和T0码各自的优点,在维持SoC总线功能基本不变的同时,减少数据线和地址线的电平翻转。最后的实验结果表明:组合编码算法可以将SoC总线的平均功耗下降7.41%,是一种有效且适用于SoC总线的低功耗算法。

基于SoC的IP产业

片上系统 (SoC)是当今微电子技术的发展方向 ,而具有自主知识产权 (IP)的集成电路(简称IP)设计重用技术成为提高SoC设计效率、缩短设计周期的关键因素。文中从IP的标准化、质量保证及应用服务 3个方面介绍IP设计商如何抓住这一商机 ,使我国IP产业得以迅速发展 ,从而拉动了我国IC设计业 ,最后提出了可供IP供应商借鉴的一些成功经验。