通过PO-KELM的3D NAND FLASH寿命预测方法研究

随着半导体行业的快速发展,以及各种芯片国产化的趋势越来越明显,3D NAND FLASH作为当前存储器件的重要代表,其寿命预测对于保障系统可靠性至关重要。因此,通过硬件搭建现场可编程门阵列采集平台,对3D NAND FLASH进行特性分析,在不同擦除/写入次数下模拟FLASH可能发生的不同误码情况,分析耐久性、数据保持特性以及读、写干扰特性的变化趋势。同时提出鹦鹉优化器改进的核极限机器学习机,由于核极限学习机参数寻优困难,鹦鹉优化器通过搜索位置提高参数寻优速度和准确度。采用将已使用的循环次数作为输出结果对FLASH进行寿命预测。实验结果表明,相比其他机器学习,采用鹦鹉优化的核极限学习机预测模型精度可以达到98.5%,在提升训练速度和准确度中具有重要的现实意义。

基于FPGA的3D艺术成像光谱数据采集系统

3D艺术成像光谱数据采集系统获取的电信号是由入射光源的总辐射通量决定的,其中主要包含交流成分和直流成分,由于交流成分中包含随机噪声信号,导致复原后的光谱准确度低,从而影响3D艺术成像光谱数据采集系统的实时性,为此设计一种基于FPGA的3D艺术成像光谱数据采集系统。将FPGA与PCI一7300A数字采集卡结合,对3D艺术成像光谱数据采集,通过微控制器对采集的光谱数据存储,同时也负责与上位机与产品实时通讯。计算系统中干涉信号中的直流成分,并对交流成分中的噪声信号修正,去除仪器函数引入的误差,以对采集的数据处理,从而完成基于FPGA的3D艺术成像光谱数据采集系统的设计。实验证明,此次设计的系统比传统的基于ARM的3D艺术成像光谱数据采集系统、基于线阵CCD的3D艺术成像光谱数据采集系统与基于AOTF的3D艺术成像光谱数据采集系统的数据采集时间、处理时间与传输时间短,证明了此次所设计的数据采集系统实时性能好。

裸眼3D液晶屏FPGA时序控制技术研究

裸眼3D液晶屏为图像显示载体,可把左右眼的图像准确送至双眼形成立体视觉。左右眼图像信号使用FPGA来准确控制帧同步、行同步与像素时钟,使图像像素准确地传输到屏幕相应位置。研究了裸眼3D屏的数据接口要求,通过裸眼3D显示算法和利用硬件描述语言建立了图像数据流传输模型,得出了裸眼3D字幕显示的可行逻辑设计。系统经过实验验证,运行稳定。

基于FPGA的裸眼3D图像显示系统的设计与实现

裸眼3D技术是无需佩戴任何助视设备即可观看到立体影像的新型光电显示技术。针对裸眼3D像素重配关键技术的研究,设计一种基于FPGA的裸眼3D图像显示系统,根据裸眼3D亚屏幕分区特点,使用硬件描述语言设计从SD卡中读取左右格式立体对图像数据、像素重配及裸眼3D LCD显示驱动等逻辑代码,完成左、右眼视图数据分割,并在裸眼3D LCD亚屏幕上进行像素重配。系统调试运行结果表明3D图像数据亚屏幕重配的硬件逻辑算法是正确的。

FPGA的3D视频前端处理与显示系统设计

针对目前国内3D电视芯片的缺少而导致3D片源短缺,传统视频处理过程复杂,以及红蓝3D视频观看时出现重影、亮度降低等问题,本文设计了一款基于FPGA的3D视频前端处理与显示系统。以两路摄像头采集的信号作为输入源,采用Altera公司的Cyclone IV系列FPGA芯片为处理核心,实时地完成数据采集和图像处理,采用LCOS微显示器件作为显示单元,得到了效果逼真的3D视频图像。

AVS 3D实时解码器在FPGA/SoC平台上的设计与实现

AVS(audio video coding standard)工作组针对3D视频提出了双目立体视频编解码方案。以AVS双目拼接算法为核心,通过FPGA硬件加速模块完成双目立体ES流的语法元素解析,与So C开发板Xilinx ZYNQ 7020协同工作,创新性地在FPGA/So C协同平台上实现了AVS 3D实时解码器。通过HDMI接口将解码数据输出到三维显示设备,得到了具有深度信息的3D视频,验证了AVS 3D实时解码器的有效性。

基于FPGA的3D电箫设计

箫作为延续2000多年的乐器,一直有其独特的魅力,因其历史悠久而闻名于世。但横向比较其他电子乐器,基本没有任何突破性发展。现对如何设计一款基于电子电路为基础的、基于3D打印的箫进行研究,论述一个以FPGA为核心、可以根据使用者进行各种DIY的电箫系统,介绍相关编程、电路等问题的设计思路和具体的实现方案。

基于FPGA的生物3D打印机的系统设计及研究

针对生物凝胶支架柔性材料形状成型较难、打印精度不足的问题,设计了一种多喷头生物3D打印机,探索生物3D打印机的硬件、软件搭建方式。在深入研究现场可编程门阵列(Field-Pro⁃grammableGateArray,FPGA)以及3D打印的基础上,将步进电机、三维移动装置进行组装,定义模块功能并编写Verilog控制程序、测试系统打印参数、进行打印实验,设计一套打印多种生物支架材料的装置和方法。3D打印装置实现了柔性材料支架模型的打印。通过加入梯形运动控制算法,打印的支架结构精密,可重复性好,可控性高,可用于微生物凝胶、硅橡胶等柔性材料的成型实验。

面向3D-CNN的算法压缩-硬件设计协同优化

近年来,三维卷积神经网络(3D-CNN)在计算机视频分类领域的优异表现使其受到了广泛关注。然而,相比于2D-CNN,3D-CNN显著增大的计算、存储需求不可避免地带来了部署时的性能与能效问题,严重限制了其在硬件资源受限场景下的适用性。为了应对该挑战,提出了一种面向3D-CNN高效部署的算法-硬件协同设计与优化方法3D FCirCNN。在算法优化层面,首次使用分块循环矩阵对3D-CNN进行压缩并且进一步通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)进行加速,在保证模型规则性的前提下显著降低了模型的计算和存储开销。在此基础上,引入了频域内的激活、批归一化以及池化操作,通过实现全频域推理有效消除了由于FFT所带来的时域/频域切换开销。在硬件设计层面,为分块循环矩阵压缩后的3D-CNN设计了一个专用的硬件加速架构,并作出了一系列面向硬件资源和内存带宽的优化。在Xilinx ZCU102 FPGA上的实验表明,相较于以往最先进的工作,3D FCirCNN在可接受的精度损失范围内(<2%)取得了16.68倍的性能提升和16.18倍的计算效率提升。

基于FPGA的真三维显示器构建

通过介绍已制作的真三维显示器,解释了基于可视体素的显示技术。针对LED真三维显示分辨力较低的问题,采用了数字光投影的真三维显示方案,提出了基于FPGA的多机同步投影方法,实现了较高分辨力的空间可视体素显示。实验证明,该方法可保证真三维显示的实时性,降低系统对机械转台与光学元件的要求,为立体影像的互动提供了可靠的硬件基础。

裸眼3D视频信号转换技术研究

针对嵌入式裸眼3D设备需要同时在左右眼亚屏幕上显示立体对图像存在数据量较大和视差图像准确处理等问题,仔细研究了左右格式立体图像和液晶显示屏视频信号特点,提出一种ARM与FPGA相结合的视频信号转换系统。ARM系统作为视频播放和外设支持,为FPGA提供立体视频信号源,FPGA作为信号处理的核心,采集、缓存和转换ARM输出的视频数据,以匹配线光源背照明式裸眼3D液晶屏物理结构实现立体显示效果。实验结果表明,系统准确地完成了左右格式立体视频数据分离和融合,能够满足嵌入式裸眼3D设备对视频信号转换的要求。FPGA逻辑设计只使用内部资源实现图像数据缓存和列插值,提高了系统的可靠性并降低了成本。

基于FPGA的高性能三维电阻抗成像系统

构建以FPGA为核心控制器的两层32电极的高性能三维电阻抗成像系统,详细描述了系统的软硬件设计、系统性能测试及成像试验,图像重建采用共轭梯度算法。测试结果表明,系统测量精度达0.082%,系统空间分辨率达0.51%,信噪比达60.3 d B。在盛有盐水的实验盐水槽进行成像试验,结果表明该系统能够准确识别待测区域目标物的个数、位置、大小等信息。系统的构建为深入研究三维电阻抗成像等关键技术提供可靠的硬件平台。

基于全局搜索PID算法的FDM环保艺术产品3D打印控制

基于FDM型的3D打印技术不仅让设计师的各种创意得以实现,更能够促进低碳保护,但其精度及表面质量无法满足艺术相关产品的外观需求。因此,设计一种基于全局搜索PID算法的FDM型3D打印温度控制方法。该方法选用无毒环保的PLA材料,并通过全局随机搜索策略对PID参数进行实时校正,实现对3D打印后处理装置中加热温度的控制,从而获得更好的产品表面成型效果。采用FPGA进行仿真控制测试,结果表明,相比于传统PID控制器,提出方法具有较好的鲁棒性和控制精度,兼顾了FDM型3D打印的美感性和环保性。

低热梯度导向的三维FPGA互连通道网络架构研究

该文针对3维FPGA(3D FPGA)芯片存在的散热问题,提出具有低热梯度特征的互连网络通道结构,力图解决传统FPGA匀称互连通道设计在芯片堆叠实现上产生的温度非平衡现象。该文建立了3D FPGA的热阻网络模型;对不同类型的通道线对3D FPGA的热分布影响进行了理论分析和热仿真;提出了垂直方向通道网络非均匀分布的3D FPGA通道结构,实验表明,与给定传统FPGA互连通道结构相比,采用所提方法实现的3D FPGA设计架构能够降低76.8%的层间最高温度梯度,10.4%的层内温度梯度。

基于FPGA的立体视觉系统设计

基于计算机技术的机器视觉系统已广泛应用于工业生产领域,大幅提高了生产效率与精度。随着信息科学的飞速发展,人们面临的机器视觉系统的应用环境更加复杂,对机器视觉系统的要求也越来越高。本论文论述了用于检测目标并确定其空间坐标位置的立体视觉系统的设计。论文包含三个主要部分:立体视觉系统硬件设计、立体视觉系统的FPGA逻辑设计和NiosⅡ程序设计、立体视觉系统的测试和测量。

基于FPGA的医学图像三维重建系统设计与实现

目前大部分的医学图像三维重建过程都是在PC机上完成的,由于PC机本身性能的限制和重建算法的复杂性,使得重建效率不高。针对这个问题,设计与实现了一个基于FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的三维重建系统,系统中建立了一种基于FSL(Fast Simplex Link,快速单向链路)总线的体系结构,并对三维重建算法进行改进,使改进算法在新建立的体系结构中运行。实验表明,基于FPGA的三维重建系统利用重建算法在硬件中并行执行程序以及FSL总线的FIFO(First In First Out,先进先出)特性,对重建算法本身进行改进,克服了PC机三维重建系统中出现的耗时问题,很好地提升了三维重建的效率和实时性。

基于FPGA的LED体三维显示方案研究

基于人眼视觉暂留特性及LED的高速发光特性,设计了一套LED体三维显示系统。首先利用Matlab生成三维数据,通过红外模块传输到显示驱动电路;其次快速旋转LED阵列,由角度编码器获取旋转角度值,并根据角度值计算对应的二维截面图形;最后通过调制LED的发光与消隐实现相应的显示。该系统基于24×16二维LED阵列,具有69 120个体像素,实现了空间尺寸为φ94.4 mm×66.8 mm的稳定柱体内三维显示。

裸眼3D LCD动静态图像显示的设计研究

裸眼3D LCD能够应用到多种图像显示器件中,满足二维及三维图形显示。在TFT LCD的分辨率不断提高的情况下,也对正确显示完整图像的硬件技术提出了更高的要求。根据图像与文字显示的现实需求,使用FPGA来驱动液晶屏接口。并用硬件逻辑算法产生LCD驱动的时序电路,配合RGB数据线完成像素的正确传送。在线调试结果表明该设计能达到稳定的显示效果,实现了图像和字符的动态显示。

三维扫描图像光带中心线提取的FPGA实现

结合三维扫描系统,设计了基于FPGA的光带中心线实时处理系统,采用列扫描梯度质心法,以硬件的形式实现了对光带中心线的实时、快速、准确提取,并将处理系统应用于三维扫描领域进行了实验,所得结果真实、有效,满足对30帧/s的图像数据进行实时提取的要求.

基于FPGA无人机影像快速低功耗高精度三维重建

现有无人机(UAV)影像三维重建方法在功耗、时效等方面无法满足移动终端对低功耗、高时效的需求。为此,在有限资源FPGA平台下,结合指令优化策略和软硬件协同优化方法,提出一种基于FPGA高吞吐量硬件优化架构的无人机航拍影像快速低功耗高精度三维重建方法。首先,构建多尺度深度图融合算法架构,增强传统FPGA相位相关算法对不可信区域的鲁棒性,如低纹理、河流等区域。其次,结合高并行指令优化策略,提出高性能软硬件协同优化方案,实现多尺度深度图融合算法架构在有限资源FPGA平台的高效运行。最后,将现有CPU方法、GPU方法与FPGA方法进行综合实验比较,实验结果表明:FPGA方法在重建时间消耗上与GPU方法接近,比CPU方法快近20倍,但功耗仅为GPU方法的2.23%。