嵌入式现场可编程门阵列在人工智能领域的应用

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能理论、方法及应用的一门新技术,特别是机器学习正在改变这人们的生产和生活方式,也为工业和商业带来了更多机会,但目前支持神经网络迭代、多样性、训练和推理的最佳硬件体系架构还未确定,本文针对这一领域,就嵌入式现场可编程门阵列eFPGA芯片的应用做一些探讨。

现场可编程门阵列——第五讲 FPGA实现嵌入式系统

IC技术讲座是本刊2005年推出的全新技术类栏目。为了让工程师在设计开发中完善和拓展基础理论与系统知识，丰富应用经验，《世界电子元器件》和中电网联合清华大学等知名院校共同创办了这个栏目，特约知名学者、教授以及著名半导体公司的应用工程师撰写，以系列讲座的方式对热点IC技术进行全面而系统的介绍，涵盖最新技术要点。最先开设的讲座将围绕三大课题：DSP、FPGA和嵌入式系统，每个课题都将连载6期。

现场可编程门阵列 第一讲 现场可编程门阵列FPGA概述

IC技术讲座是本刊2005年推出的全新技术类栏目。为了让工程师在设计开发中完善和拓展基础理论与系统知识,丰富应用经验,《世界电子元器件》和中电网联合清华大学等知名院校共同创办了这个栏目,特约知名学者、教授以及著名半导体公司的应用工程师撰写,以系列讲座的方式对热点IC技术进行全面而系统的介绍,涵盖最新技术要点。最先开设的讲座将围绕三大课题:DSP、FPGA和嵌入式系统,每个课题都将连载6期。

基于现场可编程门阵列的新型可编程逻辑控制器在线调试技术

针对基于现场可编程门阵列(FPGA)的新型可编程逻辑控制器(FPGA based PLC)的在线监控问题,提出了泛化的基于FPGA技术对嵌入式片上系统(SoC)进行在线监控的方法。该方法设计了一个FPGA片上通信系统,系统内部固化基于UART的ModBus通信协议栈,通过串口与计算机上位机进行通信;采用双口RAM(DRAM)作为与监控对象间共享的数据缓存区,通过中断机制实现缓存数据的同步交换。性能分析结果表明,该方法将SoC处理监控通信的时间百分比降低至0.002%,确保了监控数据传送的实时性,且使SoC能够获得更佳控制性能。在Altera的cycloneⅡ系列芯片开发板上验证了方案的可行性。

Xilinx携手Eutecus展示可编程嵌入式视频分析平台

可编程逻辑解决方案领导厂商赛灵思公司携手Eutecus公司，在2008年慕尼黑国际电子元器件博览会（Electronica 2008）上展示了业内首个单片FPGA（现场可编程门阵列）上的全面视频分析套件。作为赛灵思系统联盟（Alliance Program）成员之一。Eutecus公司是领先的高级图像处理解决方案提供商。这个分析套件充分实现了赛灵思Spartan-3A DSP FPGA平台和Eutecus多核视频分析引擎（MVE）的数字信号处理功能。

科洛理思可编程的Linux计算机JetBox3300／3350i系列——更注重软件支持的小体积嵌入式产品

科洛理思（Korenix）体积最小的核心嵌入式产品为可编程的Linux计算机JetBox3300／3350i系列，强固的工业级设计，宽温-40～80℃操作，小巧的体积使控制箱空间有效利用，多种接口功能搭配低功耗处理器，最适合物联网前端控制方案。尤其是，JetBox3350i具有串口隔离保护，特别适合运用在讯号不稳定的工业现场，确保数据传输。

基于热工水力试验的多总线兼容可编程控制器设计

随着现代总线技术的发展和热工水力试验测量需求的变化,在热工水力测控系统中出现了基于不同的现场总线的测量设备。不同的总线接口需要不同的测试系统,会导致整个测控系统成本增加、系统臃肿。为了实现热工水力试验中多种现场总线的兼容,提出组件化总线板卡兼容的概念;同时,利用C/C++构建控制器底层嵌入式API,为测控程序的快速开发提供软件编程接口。基于组件化总线板卡+嵌入式API的软硬件架构所研制的可编程控制器,进行了CAN、Modbus RTU、Profibus PA的协议兼容和编程测试,功能及数据结果准确无误。试验结果表明,该控制器可实现热工水力试验中多种现场总线的兼容,提高系统的集成自动化程度,减少成本。

嵌入式阵列在干扰机中的应用

介绍了嵌入式阵列 (EAB)的特点 ,然后举例阐述了EAB在干扰机中的一些应用 :程序存储器 /数据存储器 ,快速频率引导 ,快速扫频干扰 ,波形产生器 ,直接数字频率合成器。

基于嵌入式FPGA的数字化便携式LaBr_3(Ce)γ谱仪

介绍了一种采用嵌入式FPGA完成数字梯形滤波成形等核脉冲数字信号处理,NIOSII软核完成数字稳谱、核素识别等数据处理的4K道数字化便携式LaBr3(Ce)谱仪。测试表明,该数字化谱仪的能谱分辨率小于3%,最大脉冲通过率可达200 kcps以上。

Actel的FUSION可编程系统芯片获创新大奖

Actel公司宣布业界首款混合信号现场可编程门阵列（FPGA）——Actel Fusion（tm）可编程系统芯片（PSC）荣获EDN杂志颁发2005年度数字IC和可编程逻辑类别的创新大奖。屡获殊荣的Actel Fusion PSC能前所未有地将混合信号模拟功能、嵌入式Flash内存和FPGA架构集成到单芯片上。让设计人员迅速从概念步入完整的设计，并向市场推出功能丰富的系统。

STEC300／200小型多功能一体化可编程控制器

北京硕人时代科技有限公司的此类PLC它是以嵌入式技术为基础的多功能小型嵌入式控制器，基于32位高速MCU和嵌入式实时LINUX操作系统，具有现场采集、控制、通信、数据存储、故障上传、现场监控等功能。

基于μc/os-Ⅱ嵌入式数控系统研制

介绍了嵌入式数控系统的结构及其组成.系统硬件平台采用嵌入式微控制器ARM(Advanced RISC Machines)和现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Arrays),软件平台采用μc/os-Ⅱ实时操作系统.给出了该系统的硬件结构.根据数控系统的软件需求,给出了系统的软件结构,系统的模块,任务以及任务的优先级和周期.同时给出了实现系统的一些关键技术.在嵌入式实时操作系统μc/os-Ⅱ上实现了该系统,在数控机床上进行了加工试验、环境适应能力测试以及静电放电抗干扰试验,试验表明系统稳定可靠.

嵌入式逻辑分析技术及其在FPGA系统开发中的应用

介绍了嵌入式逻辑分析仪,特别是SignalTapⅡ的功能和特点。利用Chip EditorViews、Technology Map Viewer等工具,简要分析了SignalTapⅡ的内部结构和工作原理。结合实例,说明了如何使用SignalTapⅡ调试基于FPGA的数字系统。

基于SATA的嵌入式直接存储系统

研究嵌入式高速存储系统的应用问题,分析传统数据存储系统存在的不足,提出一种基于SATA的嵌入式直接存储系统设计方法。该方法参照完整实现SATA物理层和链路层协议,根据嵌入式存储需求组合SATA传输层和应用层协议建立DMA控制模块,在现场可编程门阵列中构建符合SATA标准的存储通道。SATA存储通道实现数据到SATA存储设备的直接存储,通过扩展SATA存储通道实现存储系统带宽及容量的扩展。实验结果表明,该方法能解决带宽瓶颈和通用性问题,达到良好的存储效果。

基于FPGA＋DSP的嵌入式GPS数字接收机系统设计

介绍了一种基于FPGA+DSP(高速数字信号处理器+现场可编程逻辑门阵列)模块化的数字嵌入式接收机系统设计。由天线及前端射频模块完成GPS信号的接收、下变频及A/D采样,充分利用FPGA的高速并行处理能力和可灵活编程配置的特点实现接收机的基带相关器和用户接口设计,并结合高速DSP的数字信号处理和丰富的片上外围设备实现接收机的信号处理、导航解算及系统间各部分的无缝连接。系统测试结果说明该数字GPS接收机具有功耗低、体积小、集成度高、工作性能稳定的特点。

基于以太网帧的嵌入式数据传输方案及实现

针对传统嵌入式以太网系统存在的数据传输速率低,通用性、实时性和扩展性差等问题,提出一种基于以太网帧的数据传输系统设计方案。数据传输采用以太网帧格式,基于LibPCAP库网络数据捕获技术实现数据的采集,使用FPGA器件适应系统间接口的差异。介绍了系统设计方案,详细说明了MAC层的FPGA逻辑实现和基于LibPCAP库的以太网帧的数据采集技术,并讨论了系统的优化。通过在声纳模拟器的以太网数据传输系统中应用,表明了该方案的可行性。

嵌入式通用千兆以太网接口的设计与实现

以现场可编程门阵列FPGA和千兆以太网网络控制器AX88180为硬件平台,针对嵌入式设备资源有限的特点,提出了一种通用的嵌入式设备千兆以太网接口设计与实现方案。详细阐述了系统的组成结构、工作原理;讨论了以太网TCP/IP网络协议的基本体系结构;总结提出了适合嵌入式设备的TCP/IP网络协议实现方法;给出了网络驱动和数据处理的设计流程以及仿真结果;并实际测试了系统的通信性能,给出了实验结果。实际应用证明该设计通用、灵活,可以根据实际需求实现各种嵌入式设备的千兆以太网接入,而千兆以太网更高的传输带宽优势,可以满足大数据量传输的要求。

基于以太网的嵌入式交流伺服驱动系统实现

针对传统CAN总线、RS232、RS485的传输速度与信号易受干扰等问题,提出用现场可编程门阵列实现永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制方法,完成伺服驱动器和PC机之间的以太网通信。利用可编程片上系统技术搭建系统的硬件模型,在Nios II IDE软件开发环境中,实现以太网的驱动程序、电机的控制程序以及开发上位机监控界面。在高精度场合用FPGA控制PMSM,克服DSP受串行指令流限制等不足。实验结果表明,交流伺服驱动器采用以太网和PC机通信,数据传输速度更快,用户通过网络可方便地实现对电机的监控。

嵌入式高频电磁场阻垢系统设计与应用

根据高频电磁场阻垢技术要求,设计了功率较大的高频电磁阻垢机,共4通道,每通道输出功率100 W,输出频率0～10 MHz连续可调,工作温度最高可达200℃。基于FPGA的SOPC嵌入式技术,开发设计了高频电磁阻垢机的控制系统,包括控制触摸屏显示和高频信号产生等多种功能。经过调试和现场使用,阻垢机达到了良好的阻垢效果及智能化产品的使用效果,可作为以后这类设备的更新换代产品。