基于TOPCARES-OBE的物联网专业硬件编程能力培养

针对物联网专业硬件编程能力较差的现状,分析教学改革要解决的4个重点问题,在TOPCARES教育教学方法指导下,基于OBE成果导向和学生中心理念,以单片机和嵌入式微处理器课程为例,提出基于两门先修后续课程及项目的硬件编程能力联动培养模式,分别从思维模式培养、能力提升路径、学习资源建设和评价体系构建4个方面介绍具体教学实践,最后通过实践教学后的课程达成度对比说明联动培养模式的有效性,为其他工科专业课程改革提供借鉴。

嵌入式DSP系统C语言硬件编程技术

首先介绍了嵌入式DSP系统的基本硬件,然后着重说明用C语言进行硬件编程的好处和基本方法,包括如何调试C语言程序,最后介绍了如何将C语言程序转化为DSP代码。所有内容均基于TI公司的TMS320C55x通用DSP芯片,使用的软件工具是该公司的CCS集成开发环境(IDE)。

FPGA软硬件编程方法的模块化关节控制器设计

为了提高机器人关节控制的性能,设计了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)软硬件编程方法的模块化关节控制器。在控制器中,传感器采集和电流矢量控制采用标准硬件描述语言VHDL编写以提高电流控制的带宽,电流控制周期为50μs。机器人关节控制律在NiosⅡ处理器中以C语言实现,控制周期为200μs。自顶向下的层次化设计方法应用于矢量控制知识产权(IP)核设计,并给出矢量控制中的坐标变换、PI调节算法等功能模块的数据流图,整个矢量控制计算耗时3.48μs。该关节控制器应用到7自由度机器人中。实验结果表明,关节位置和电机力矩跟踪效果较好,且控制器对机器人构型不敏感。

嵌入式DSP系统C语言硬件编程技术探讨

随着科技的不断发展,嵌入式系统被广泛应用于各处,现阶段,最具有代表性的嵌入式系统为DSP。因此,本文将从嵌入式DSP系统基本硬件入手,结合C语言程序最常用调试方法与硬件编程技术,并研究将C语言转化为DSP代码的过程。

嵌入式DSP系统C语言硬件编程技术

近几年嵌入式系统不断的发展,如今嵌入式的应用越来越广泛,DSP、FPGA、ARM都是如今比较主流的处理器芯片,本文主要是介绍了DSP系统的基本结构以及一些特点,然后又介绍了C语言在DSP编程中的应用以及特点,最后还介绍了如何将C语言的代码转换成DSP应用的代码。

计算机智能硬件在物联网编程中的应用——评《物联网智能硬件编程技术实训》

当前,我国已经进入了互联网时代,计算机技术应用于生活和工作的方方面面。计算机智能硬件是构成物联网的基础条件,为进一步提高人类在互联网时代的生活质量,需要增进人们对于物联网智能硬件相关知识的了解,这对于人类的学习、工作和生活都具有极大的意义。由王洪泊编著、清华大学出版社出版的《物联网智能硬件编程技术实训》一书,从宏观角度向读者介绍了物联网智能硬件原理与技术的相关内容,有助于人们初步掌握数据通信、物联协议和互通互联等方面的基础理论知识,增强读者发现问题和解决问题的能力。

小组合作学习在 Micro:bit 板硬件编程教学中的实践研究

随着新课改的不断实施,素质教育理念得到了进 一步的推广与应用,合作学习也成为了初中信息技术教师在课 堂教学活动中常用的教学方法之一。此外,新课改还明确指 出,教师在教学中,应注重激发学生在学习中的积极性与参与 性,培养他们的团结协作精神。

融合DoPBL模式的开源硬件与编程混合式实验教学探索与实践

通过分析DoPBL和线上线下混合教学模式,对实验教学内容与流程进行优化,构建了一种融合DoPBL的开源硬件与编程线上线下混合式实验教学模式。该模式包括基础理论与实验、项目实践两大模块,分为理论MOOC、基础实验、项目选定、方案制定、设计研究、原型制作、测试迭代、交流评价8个环节。通过课程考核与评教表明,该模式取得了良好的效果,为开源硬件与编程实验课程混合式教学改革提供一种参考和借鉴。

基于自研硬件设备编程的程序设计基础课程教学改革探索

将自研硬件设备CCX-M256点阵显示器应用于程序设计基础课程的教学中,学生在完成传统编程实验基础上,针对真实的硬件设备进行编程控制实验,激发了学生的学习兴趣,提高了学习的自信心,同时也强化了对程序设计课程基本知识的掌握。在这个过程中学生真正体会到编码的意义,加深了对循环语句、数组变换、算法、函数和指针等知识点的理解和应用。经过几年的教学实施,对教学质量提升有明显的效果。

基于可编程硬件的虚拟路由器数据平面设计与实现

未来网络体系结构创新和验证亟需建设虚拟化网络实验平台,虚拟路由器作为其中的核心组网设备,其结构和性能决定了实验平台的灵活性和承载能力.本文提出基于并行流水线的虚拟路由器数据平面结构,结合并行包分类和异步多指针轮询调度机制,在同一物理底层上实现了多个相互隔离的并行异构路由器.本设计在可编程硬件上进行了原型实现,并结合商用及软件路由器在真实的网络环境中部署、测试与实验.实验结果表明与传统单流水线结构相比,本设计能以更高灵活性和并行性支持异构的路由器实例独立运行;在逻辑资源开销和延时特性未显著增加的情况下,并行虚拟路由器可以达到与硬件可比的线速转发能力.

基于可编程图形加速硬件的实时光线投射算法

为了在保证绘制图像质量的基础上将体绘制算法的绘制速度提高至实时,提出一种基于可编程图形加速硬件(GPU)的光线投射算法实现(GRC,GPU-based Ray Casting)。GRC在可编程GPU中进行重采样和分类,使用矩阵逆运算以降低重采样坐标的计算复杂度,使用后分类技术以降低算法的空间复杂度。实验表明:对于2563规模的体数据,GRC能够在保证图像质量的基础,以超过30fps的速度进行绘制。

支持软硬件透明编程的可重构资源管理器的实现

设计并实现了一种支持可重构软硬件透明编程的操作系统资源管理器,它通过系统调用封装了底层硬件细节,让程序设计者以透明的方式开发应用程序.实验表明可以减少硬件函数的配置等待时间,提高软硬资源利用率和系统性能.

支持动态可重构的软/硬件统一多线程编程模型

针对可重构系统中的数据流驱动应用,提出支持动态可重构的软/硬件统一多线程编程模型SHUMDR及其层次化实现.通过硬件线程接口设计、操作系统内核扩展,便于设计人员以统一的线程视图描述应用的软硬件划分.以数据加密/解密为例进行测试的结果表明,统一线程抽象带来的时间开销和空间资源占用率较小,该模型在探索编程灵活性的同时,能够有效地兼顾硬件的效率.

支持硬件透明编程模型的动态可重构系统的设计与实现

以Java作为可重构系统描述语言,提出了一种方法级的硬件透明编程模型,给出了硬件方法封装方式和软硬件方法动态链接过程。程序设计者调用软件方法进行应用开发,虚拟机根据软硬件划分结果动态加载并链接相应的硬件方法,从而达到简化编译器和综合工具以及屏蔽底层物理细节的目的。实验结果表明上述编程模型能够支持硬件透明编程,同时系统性能得到了明显的改善。

江西省铅山县启动“中小学硬件编程”课程

根据国家出台的《新一代人工智能发展规划》,在全球人工智能发展史上,中国将有机会实现换道超车,这意味着人工智能将随时随地改变每个人的生活方式。未来教育也会发生很大变化,更多的时间和教学内容将转向培养学生的创造性、动手实践等只有人类才具有的能力方面。江西省上饶市铅山县教育体育局着眼学生未来发展,于2018年全面普及了人工智能与编程教育,2019年再次以项目实施为抓手,开展硬件编程课程的探索与实践,开启科创教育的新征程。

基于可编程硬件的有状态网络功能硬件加速架构

为了解决无状态加速器对有状态虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)的加速效果较差的问题,该文提出了一种基于可编程硬件的有状态功能处理加速架构(Stateful Function Processing Acceleration Architecture,SFPA).SFPA通过为数据平面提供有状态处理单元(Staeful Processing Unit,SPU),将数据包处理任务卸载到数据平面上.此外,SFPA能够为多个VNF独立地分配加速资源,并采用资源分配优化算法降低硬件资源开销,提高了加速架构的灵活性.基于Net FPGA-10G平台的实验结果表明,SFPA架构下,VNF的吞吐量是采用DPDK加速时的2.9倍,是无状态硬件加速器的1.7倍;资源分配优化算法的优化率最高可达41.9%.

基于开放式项目的开源硬件与编程课程教学改革与实践

开源硬件与编程课程以计算机技术为核心,使学生能够将创意与想法设计、实现为原型作品。针对以往课程教学的不足,提出了以开放式项目为基础的教学方式,将知识点与项目相融合,鼓励学生根据自己的兴趣和创新想法完成设计与开发。该教学方式提升了学生的学习积极性,改善了学习效果,有效地培养学生的创新实践能力。

基于可编程硬件的NFV数据包加速处理结构

针对网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)在通用服务器中部署的处理性能受限问题,该文提出了一种基于硬件加速的虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)处理结构:FARD(Function Adaptive and Resource Dividable hardware structure).通过可编程的包头解析器和动作处理器,FARD可实现任意L2/3/4层功能实例的硬件加速处理;通过动态可分割的匹配表结构,FARD支持不同功能实例间的资源动态分配和隔离.基于NetFPGA-10G的实验结果表明,对比基于纯软件实现的VNF,FARD加速结构提升了近60倍的包处理吞吐率.

在可编程图形硬件上实现图像高动态范围压缩

通过在亮度图像梯度域上对大梯度进行衰减,压缩图像亮度的动态范围,可以使高动态范围图像在被显示时,既能够适应常规的显示硬件,同时又充分保留原始图像的细节信息,使得图像在被观察时能够重现真实场景的亮度效果。文中采用适合由图形处理器加速的快速算法,将整个处理过程通过可编程图形硬件实现,建立快速的图像动态范围压缩技术,建立起适用于高动态范围图像显示的实时应用框架,使之不仅适用于基于图像的动态范围调整的绝大部分情况,还能够成为各种交互式图形应用的核心技术之一。

面向自重构系统的软硬件协同透明编程模型

可重构计算系统设计中把计算密集的代码用硬件加速器实现以提高系统性能已经成为一种常用的方法。但是在包含硬件加速器的系统中,程序员要了解硬件加速器的实现细节,控制硬件加速器的配置、软件和硬件模块之间的通信,这种不透明的编程方式影响了系统开发效率。本文提出了一个对程序员透明的软硬件协同编程模型,程序员可以像调用一个软件函数一样去使用一个硬件加速器,而把硬件加速器的配置、软硬件通信等操作交给操作系统和辅助硬件控制器实现。同时,该编程模型采用自重构技术即由嵌入式处理器控制完成动态重构,可支持动态调用多个硬件函数,使得多个硬件加速器可以分时复用硬件资源,从而提高系统资源利用率。