面向飞腾迈创DSP的自主软件栈设计

飞腾迈创DSP是国防科技大学计算机学院为了突破卡脖子技术,解决我国相关重点领域内芯片长久受制于人的现实问题而自主设计的高性能数字信号处理器。由于该系列芯片采用全自主设计的指令集,无法兼容已有的软件,一套自主完备且高效的软件栈是决定飞腾迈创DSP生命力的关键。基于团队长期以来的持续工作,系统阐述了飞腾迈创DSP软件栈的设计原则与层次化架构,重点介绍了包括支持层、编译层以及工具层在内的相关软件工具的创新功能、实现方法以及性能。同时,结合用户的反馈与团队的思考,还讨论了飞腾迈创DSP软件栈未来需要探索的相关问题。

DSP芯片动态老炼系统设计与实现

在集成电路的可靠性筛选试验中,老炼试验是最重要和最有效的试验。针对静态老炼和传统动态老炼方式的局限性,提出了一种DSP芯片动态老炼系统的设计与实现方法。该动态老炼系统实现了老炼程序自动加载,可以实时监测每个工位老炼试验情况,将老炼过程中发现的失效电路及时剔除,试验结果可以自动存储,便于后期进行试验结果分析。相比静态老炼和传统动态老炼方式,该系统测试覆盖率更高,提高了产品可靠性。

基于DSP28335的FPGA软件在线升级方法

在DSP+FPGA架构的嵌入式系统中,一些产品不具备拆卸外壳通过JTAG接口进行软件升级的条件。针对这一问题,提出了一种基于TMS320F28335的FPGA软件在线升级方法。该方法通过上位机将FPGA代码发送给TMS320F28335,TMS320F28335通过GPIO模拟JTAG时序,完成对配置PROM芯片的擦除、编程和校验操作,重新上电后FPGA从配置PROM加载新程序。在理论分析的基础上,给出了所提方法的硬件原理图和软件实现流程。大量实验结果表明,该方法具有较好的可行性、稳定性和可靠性,可以实现DSP+FPGA架构下不拆产品就可升级FPGA软件的目的。

面向DSP平台的CiSSA-CSP特征提取算法的移植与优化

为实现便携式信号二分类解析系统的在线实时处理,采用DSP平台完成CiSSA-DSP特征提取算法的嵌入式移植;CiSSA-CSP特征提取算法具有出色的时-频-空域特征提取性能,适合于提取实时二分类系统中非平稳信号的特征;相比于PC机,嵌入式系统具有小型化、便携性、低功耗和低延时的特点,而嵌入式平台处理器的计算资源和内存受到限制,必须优化移植特征提取算法,才能保证二分类解析系统的分类精度和低延时;通过优化CiSSA-CSP算法流程,使用编译器优化、关键字和库函数等手段提高编译效率,将CiSSA-CSP特征提取算法移植到TMS320C6678DSP嵌入式平台,并利用公共数据库数据验证了其用于实时分类系统的有效性;相比于PC机的Matlab实现,DSP平台实现的二分类系统分类准确度下降小于0.5%,且单次实验信号解析耗时少于0.15 s。

基于DSP+FPGA的旋转平台自抗扰控制方法

旋转平台在低速运转过程中易产生非线性摩擦,由于非线性因素的影响,传统PID算法的控制效果远不能满足超精密运动平台定位精度高、响应快速等要求。因此,设计了基于DSP+FPGA的旋转平台自抗扰控制算法(active disturbance rejection control,ADRC),利用扩张状态观测器(extend states observer,ESO)对系统内外部未知扰动进行实时估计并予以补偿,提升系统响应速度,增强鲁棒性与抗干扰能力。最后,通过正弦扫描实验进行验证,PID对正弦输入信号无法及时响应,超调明显;ADRC响应迅速,稳态误差波动小。相比PID,ADRC最大跟踪误差降低79.5%,跟踪误差平均值降低65.4%。

一种基于DSP的全局动态可重构方法

可重构计算技术很好地解决了计算性能、效能,以及灵活性之间的矛盾,DSP作为异构多核平台中极为重要的组成部分,却少有面向其可重构的研究,限制了该技术的应用。针对此问题提出一种基于DSP的全局动态可重构方法。预先分区FLASH并烧写SPI参数文件以及镜像文件A、B,系统启动后先运行镜像A,当收到重构命令时修改SPI参数,将BOOT使用的镜像指向B,最后控制DSP重新BOOT以完成重构。使用TI TMS320C6678 DSP做测试,结果表明,该方法可以在320 ms内完成DSP内运行镜像的切换,具有良好的应用前景。

基于C2000新型DSP的电气传动系统设计

永磁同步电机高效率、高功率密度、良好的转矩性能和易于控制等优点在工业自动化、汽车、航空航天、家用电器等领域发挥着重要作用。然而,在电气传动领域不仅需要精确地控制其运行状态,还需具备复杂的工业通信和人机接口。传统电气传动大多采用比例积分环节进行速度控制,会存在积分器饱和问题,扰动消失后,积分响应变慢;复杂的工业通信和人机接口需要占用大量的芯片资源和芯片IO,导致控制成本居高不下。通过对传统的比例积分器进行改进,引入输出前馈控制,解决由于积分器饱和带来的响应延迟,并通过改进外部通信协议和外部人机交互接口硬件电路,解决了传统传动系统设计只能通过增加芯片数量来解决资源和IO占用问题。改进后的系统可以在单芯片280039C DSP上完成全部功能,由于不存在芯片间通信,通信速率和响应速度都大幅提升,现场使用情况良好。

电力电子方向DSP原理及应用课程教学改革研究

针对DSP原理及应用课程知识点琐碎分散、综合性和应用性强的特点,对课程教学内容进行了优化设计,设计了一套功能完整的交流电机控制器项目任务,增加了定点Q格式数表示及运算内容;在实验教学中设置了提高设计任务,促使学生主动思考并动手实践;同时挖掘了课程中蕴含的思政元素,有效提升了课程教学质量。

基于DSP架构的软件应用流水线开发监测技术

软件流水线开发过程涉及不同的开发环境和测试环境,不同环境因素的影响会导致监测指令行间出现大量延迟,严重影响了监测技术的复用性。针对这一问题,提出基于DSP架构的软件应用流水线开发监测技术。派发监测指令前,在取指站设置一个分支计数器,以目的地址作为依据,启动分支计数器,完成监测指令预取。采用BWDSP100芯片搭建DSP架构,将预取内容部署到DSP架构中,同时对内部代码库进行部署,优化代码循环监测内容。设计监测引擎内部结构,建立与流水线之间的联系,设置身份权限验证功能和多个功能节点,完善监测流程,实现对软件应用流水线开发的完整监测。实验结果表明,面对开发环境的变化,所提技术在监测软件流水线开发过程中能够保证监测结果的准确和较高的监测效率,整体复用性得到了提高,具有一定的应用前景。

基于DSP的快速MUSIC测角算法

基于阵列信号处理的MUSIC算法,由于其超高的角分辨率和角精度,受到广泛的关注。但是其高运算复杂度,较大地限制了算法的硬件实现。为此,基于MUSIC算法的基本原理,文中分析了该算法在DSP(TI1843)硬件系统实现中关键子步骤的运行时长。针对最为耗时和占用内存最大的空间谱构建和谱峰搜索子步骤,分别提出了便于工程实现的简化方法,并通过硬件平台移植验证了算法的可行性,对比发现该方法大大减少了运算时间和内存空间,具有较高实际应用价值。

基于DSP的船舶航行自动控制研究

为提高航行的安全性,通过自动化装置的应用,使船舶能够更好地适应各种复杂的航行环境和任务要求,研究基于DSP的船舶航行自动控制方法。该方法先建立船舶航行非线性数学模型,运用该模型获得船舶在海上航行的横摇、纵摇和艏摇三自由度数据,再以DSP为基础,建立船舶航行控制器,在该控制器的逻辑处理模块将船舶航行非线性数学模型输出结果分别输入到PID优化算法与CMAC神经网络模型内,通过该2个算法得到综合船舶航行自动控制最终参数,并使用DSP模块内PWM和ADC模块将控制参数输入到船舶航行驱动模块内,实现船舶航行自动控制。实验表明,该方法建立的船舶航行非线性数学模型具备较强的有效性,可实现船舶舵角的控制和航向控制,且其控制船舶航行超调量较小,灵敏性好。

基于FPGA的DSP与ARINC429总线控制器接口设计

提出了一种基于FPGA的DSP与ARINC429总线控制器的接口设计方法和电路,该设计方法也适用于DSP与串口控制器、CAN控制器等接口的扩展设计。首先,分析了TMS320C6713 EMIF与HI-8582的主要信号与时序,表明通过FPGA实现译码逻辑和时序控制就可实现TMS320C6713与HI-8582之间的通信;接着,给出了详细的硬件设计和接口逻辑设计;然后,讨论了ARINC429总线驱动软件设计;最后,通过环境试验和实际应用验证了该接口电路工作稳定可靠。

基于DSP的图像目标跟踪算法设计与实现

为了准确地检测和定位图像中的目标,并在连续帧之间实现目标的持续跟踪,该文提出了一种基于数字信号处理(DSP)的图像目标跟踪算法的设计与实现。目标跟踪是计算机视觉领域中的重要任务之一,该文深入研究了图像目标跟踪技术,研究了MeanShift算法的理论和实现过程,以及用MeanShift算法进行目标跟踪的流程,根据设计方案的需求选择了DSP与FPGA相结合的总体架构,将目标跟踪算法与嵌入式硬件平台相结合。该文采用“先识别、后跟踪”的方式实现了图像的目标跟踪。通过实验证明,基于DSP的图像目标跟踪算法在实时性、准确性和稳定性方面都取得了较好的效果。

DSP的PCIe安全式自启动技术研究

数字信号处理芯片是一类运算速度极快、运算资源丰富的微型处理器。DSP凭借强大的运算性能在图像处理、大数据高性能运算领域发挥着核心作用。自启动技术是DSP芯片应用的关键技术之一。高性能DSP芯片通常会集成PCIe这一通用性高速外设。本文针对使用PCIe技术用于DSP芯片引导启动开展研究,设计并实现了一种可用于高性能DSP芯片的PCIe安全模式自启动引导方案。

基于DSP的进给机构探测测试系统的设计

针对目前大量的复杂环境探测实验的进行,该文介绍了一种基于ARM+FPGA+DSP的测试系统总控单元的设计与实现方案。总控单元部分采用了自顶向下两级测控系统的技术路线,以测试流程控制模块为主,采集存储模块与进给机构控制模块为辅,从模块功能上划分了控制界面,增强了时效性,且避免了底层控制模块产生的故障对主流程的影响。通过上位机软件开发的人机交互界面,用于工况参数配置,数据显示和分析。该文主要介绍了基于DSP的进给机构控制系统的硬件设计和软件设计,通过编码器脉冲算法提高了进给机构控制精度。该设计方案精度高、稳定性好,可以满足实际工程的需要。

基于虚拟化的软件定义DSP计算技术研究

随着天基计算密集型任务快速增长,星上任务对计算的需求也随之迅猛上涨。星载计算机系统通常采用异构电子系统,其“算力”被封闭在独立的星载计算机内,各计算资源不能彼此共享,容易产生资源浪费,且各个嵌入式软件和可编程逻辑采用非标准的编程,不支持统一升级和综合调用。针对此问题,以异构CPU和DSP计算资源作为研究重点,设计一种基于虚拟化技术的软件定义DSP计算架构,通过分析当前所面临的抽象化和多租户的技术挑战,并借鉴异构GPU和FPGA相关虚拟化技术,综合运用硬件抽象层、时分复用虚拟化、接口调用重定向、组件注册和数据路由等技术,实现DSP异构计算资源多用户共享和高效统一调用。试验验证表明,软件定义DSP计算架构可实现星载异构计算系统软硬件灵活解耦,并支持多个用户和应用同时访问和调用单个DSP计算资源。

基于CEVA-XC4500 DSP平台5G-LDPC码编码实现

低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)码是第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)系统采用的信道编码技术之一,用于业务信道高速数据传输,具有很强的抗干扰能力和纠错能力。5G-LDPC码编译码在嵌入式平台的实现是一个值得关注的研究方向。CEVA-XC4500数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)芯片具有极低功耗、高密度计算、集成了超长指令字(Very Long Instruction Word,VLIW)和单指令多数据(Single Instruction Multiple Data,SIMD)矢量功能的特点。针对CEVA-XC4500 DSP矢量汇编指令和内联指令集的特点,提出一系列针对5G-LDPC码编码的代码优化方法,使其满足5G-LDPC码编码工程应用指标要求。仿真结果表明,优化后的5G-LDPC码编码在CEVA-XC4500 DSP内核上表现良好,中长块编码吞吐率超过100 Mb/s、核心矩阵吞吐率超过1 Gb/s,最大吞吐率达到250 Mb/s、最大核心矩阵吞吐率达到1.6 Gb/s。如果CEVA-XC4500 DSP芯片的最大数据位宽将来能进一步增大,吞吐率可以做得更好。该5G-LDPC码编码的代码优化方法为其他信道编码在类似嵌入式平台的实现提供了参考。

基于DSP的采煤机智能监控技术应用

针对PLC采煤机监控系统存在的灵活性较差、数据处理能力不足等缺点,提出了一种基于DSP的采煤机监控系统设计方案。该监控系统依靠DSP高运算性能及丰富片内资源实现了采煤机动作智能控制、运行状态监测显示及通信功能,并利用参考电压对ADC模块误差进行修正,进一步提高了监测信号精度和监控水平。

基于Dsp的洁净机器人运动控制系统设计

文中针对洁净机器人的运动控制系统设计展开了研究,提出了一种基于DSP的运动控制技术方案。首先对洁净机器人及运动控制系统的基本原理和要求进行了概述,然后分析了国内外洁净机器人运动控制系统的研究现状。接着,详细介绍了基于DSP的控制系统的硬件选型和设计、模块化设计、软件设计以及接口设计,并阐述了控制系统的实现与调试过程。在洁净机器人运动控制算法方面,提出了运动规划与路径规划算法、运动控制算法设计、传感器数据融合与处理算法以及故障处理与安全保护算法设计。

基于DSP的ETS电源控保系统设计

本文针对ETS高压电源设计了一套集通信、数据采集、故障报警、输出控制为一体的控制保护系统,以DSP28335作为主控制芯片,电源系统内部采用CAN总线通信架构,完成对4路高压电源模块、1路低压恒压源模块的协同控制,实现了电源系统的可靠控制和准确输出,保证了电源监控的实时性和可靠性。