PORT：并行优化重构工具集

ＰＯＲＴ是以ＦＯＲＴＲＡＮ７７源程序为对象的并行优化重构工具集．它以自动并行重构程序为主体，辅以一组优化、静态分析、动态分析和程序执行过程可视化工具．通过良好的用户界面和统一的内部数据结构将它们集成为一个整体．本文介绍ＰＯＲＴ系统的特点、结构和若干关键技术．

面向国产加速卡的OpenFOAM线程并行加速研究

【背景】随着流体力学模拟的精细化,CFD流体模拟软件OpenFOAM对算力的需求持续增加,新型东方超级计算系统是国产自研的新型异构超算。【目的】以新型东方超级计算系统为平台移植OpenFOAM,实现OpenFOAM的国产超算适配与加速。【方法】首先,通过分析“东方”超级计算系统和OpenFOAM的功能架构,本文制定了适用于国产加速卡的求解器,通过使用本文移植后的CUSP来调用国产加速卡底层代码从而实现稀疏存储格式矩阵向量乘以及diagonal矩阵预处理。其次,在此基础上,实现了单节点多国产加速卡的并行SpMV。【结果】本文使用了OpenFOAM自带的pitzDaily算例进行算法验证,并通过多种加速性能的对比方法对测试性能进行分析,取得了19.7倍的加速效果。【局限】本研究只实现了单节点的OpenFOAM并行优化。【结论】本研究结果对于发挥OpenFOAM在流体力学方面的优势和扩大超算软件适应面具有重要意义。

基于四配流轴向柱塞马达的制动能回收方法

针对大惯性回转机构在制动时,动能都以热能的方式损失的问题,提出一种四配流轴向柱塞马达和蓄能器结合的制动能回收方法。不同体积、初始压力的蓄能器对惯性负载的回转制动能的回收和再利用的效果不同,为寻求较合理的蓄能器参数以达到较高的能量回收效果,手动调整仿真参数较为繁琐,提出采用基于多核CPU的快速并行优化方法用于蓄能器参数优化。首先,大惯性负载的驱动机构采用四配流轴向柱塞马达,其能量系统回收模型在Simulation X搭建,进而导出成具有CVODE求解加速的可执行程序,脱离仿真软件平台,在Windows操作系统独立运行;然后,利用导出的可执行程序与VC++进行二次开发,以微粒群算法解决特定工况下蓄能器选型的问题,充分利用多核CPU实现并行优化以提高仿真速度。仿真结果表明,在特定负载下得到优化后的蓄能器的参数,蓄能器回收并释放的能量占惯性动能的24.5%,回收油液全部得到释放。采用基于多核CPU的并行优化方法,仿真效率提高了10倍以上,该方法对系列化液压产品的快速开发具有一定的借鉴价值。

基于端口电压积分与变下垂系数的逆变器并联下垂控制策略

孤岛微电网中逆变器采用传统下垂方法并联时,由于逆变器输出阻抗和线路阻抗差异,可能存在无功功率不均分和输出电压偏移过大的问题。该文分析了并联系统功率分配机理和输出电压外特性,提出了一种基于端口输出电压积分与变下垂系数结合的下垂控制方法。通过电压电流双环控制器参数设计,实现有功功率和无功功率的解耦,使逆变器适用P-ω/Q-V下垂控制策略;通过无功功率均值与实时无功功率误差调整下垂系数实现无功功率的均分,通过端口输出电压积分抑制输出电压偏移过大。仿真和实验结果表明,该文所提控制方法提高了无功功率均分精度,同时将逆变器输出电压相对于额定电压的偏移维持在±5%范围内。

基于模糊逻辑控制器的通信端口流量控制仿真

5G移动通信输出端口的有效任务量取决于端口输入流量的速率和流量分配缓冲区大小,通信多端口并行流量过大会导致网络压力过大,流量偏小不利于数据的高效传输。因此,需要对多端口的并行流量实现合理控制。提出一种5G移动通信多端口并行流量控制方法。对5G移动通信多端口性能建模,根据性能优势对多端口各条链路流量完成并行分配。利用建立的模糊逻辑控制器获取每条链路的网络拥堵反馈情况,并通过模糊逻辑控制器判断是否需要丢弃或标记输入的违约流量信元,以此保证每条链路网络流量的畅通性,实现并行流量的控制。实验结果表明,研究方法下并行流量达到2500Mbs时,CPU占用率低于50%。当链路数不断增加时,研究方法的总端口平均带宽可保持在500M,以下,端口带宽最大利用率可达95%以上,平均时延低于20ms。

基于FPGA的高速多路数据采集系统的设计

介绍了基于FPGA的高速多路数据采集系统的设计和实现过程。将该系统应用于电力机车可控硅整流装置实时监测系统中,该系统作为电力机车可控硅整流装置实时监测系统的数据采集前端,在实际运行过程中能够对可控硅的技术状态进行确认,检测效果良好。

用于激励超声导波的任意波形发生器

通过PC机编程生成试验所需的高频调幅信号,分别经RS232串口及IEEE488并口发送给任意函数发生器HP33120A,经函数发生器接收、处理后,输出所需超声波激励信号;着重研究了PC机与任意函数发生器之间基于RS232与IEEE488接口的数据通信以及信号频率与周期的可调整性;成功地实现了汉宁窗、高斯窗调制的任意频率单音频信号的产生,达到了任意波形发生器的功能.

基于FPGA的高速多通道数据采集系统的设计

为了解决电力机车可控硅存在的动态击穿问题,提出设计可控硅整流装置实时监测系统,实时发现可控硅的技术状态的解决方案,并且针对监测系统的数据采集部分提出以FPGA作为多通道数据采集控制核心的设计方案,进行了具体设计,该系统有数据采集模块、数据存储器读写模块和数据通讯模块三大功能模块组成,与传统的以单片机为控制核心的多通道数据采集系统相比,该系统具有性能稳定可靠、实时性强、体积小、功耗低等优点。

12导同步心电图波形检测与识别的研究

设计高保真12通道放大器,同步检测分析12导联心电图是符合国际心电学发展方向的一种新的检测分析方法,该方法可同步整体观察和识别12个导联同一心动周期的波形,提高各种测量、分析计算的准确性,降低目前存在的心电图测量计算的变异性,在临床诊断中具有重要意义.提出采用微机并行口的EPP协议设计A/D卡,实现心电数据采样和传输,既简单易用又使多种设备共享同一个接口,依据不同的软件实现不同的功能,鲁棒性好.使检测分析系统的整机性能更稳定、可靠.

高质量X射线检测数字化成像及图像采集

X射线数字成像检测是工业无损检测的新技术。非胶片实时数字成像检测以其高效率、低成本 ,特别是数字图像的可交换性和存储方便等特点成为射线检测的发展趋势。通常使用的由射线像增强器、视频摄像机、图像采集卡和计算机组成的系统成像质量差且只能在低能X射线下使用 ,作者经过反复研究和实验 ,研制了基于单晶闪烁屏和科学级CCD相机的可用于高、低能X射线高分辨率、高对比灵敏度数字成像检测系统。介绍了整个检测系统的组成 ,设计了科学级制冷CCD相机、预处理电路、A/D转换电路、微机EPP方式快速数据采集电路和软件等。给出了某铝铸件 (厚 1 5 0mm)在加速器高能X射线下的成像结果。实验证明该系统比普通像增强器和视频相机组成的系统具有适应射线能量范围宽和成像质量好的优点 (成像时间长一些 )。系统的空间分辨率大于 3lp/mm ,检测物体 5 0mm(等效钢厚 )以上时 ,对比度灵敏度小于 1 %。

多通道同步高速数据采集系统研制

介绍了一个最高采样率为100MHz,采样精度为8bit,基于PCI总线和计算机并口的8通道同步高速数据采集系统的设计,整套系统具有同步误差小、触发方式多样、操作灵活等特点。

并行实时时钟芯片DS12887及其应用

介绍了并行实时时钟芯片ＤＳ１２８８７的内部结构及使用方法，并给出了ＤＳ１２８８７应用于智能电量测量仪设计中的实例。

使用PC机并行口与下位单片机并行通信的方法

介绍了PC机并口与下位机通信的一种硬件连接方法，以及在PC机上VB6．0环境中利用DLL解决对并口寄存器直接访问的方法。

一种通信控制器设计

目前在小型测控领域,对测试设备的多样性和专用性需求在不断提升,这就给中小型低成本的测控系统开发带来挑战。通过对多套测控系统的开发经验总结,提出一种通信控制器,它可为嵌入式电路板提供控制基座,降低了测控系统开发的成本。给出了通信控制器的原理框图,介绍了核心控制器和并行接口控制电路的设计原理并给出了相关的原理图,经实践验证,该通信控制器在航空航天测控领域都有很好的应用。

基于EPP接口的CMOS图像采集系统设计

本文介绍了一种以OV7620 CMOS图像传感芯片为核心、通过计算机增强型并口(EPP)控制的图像采集系统,该系统可由计算机控制进行单幅或连续图像采集,每秒采集图像4帧,用在一般安全监控场合,可以满足现场实时监控要求。

数据采集系统中增强型并行(EPP)接口电路的设计

EPP（Enhanced Parallel Port）是IEEE1284协议定义的增强型并口，它的突出特点是能双向传送数据，且有接近于PC机ISA总线的数据传输率。本文介绍了有关EPP的基本特性、信号定义、操作模式及其程序设计方法，给出了利用EPP进行便携式高速数据采集原理及相应程序。

用VC++实现WinXP下并口步进电机控制

为克服Windows系统对并口直接访问的限制,提出了一种直接利用计算机并行接口来控制步进电机的新方法。通过采用PortTalk静态连接库,利用MicrosoftVisualC++语言,在WindowsXP平台上实现了通过计算机并行接口进行步进电机转速、转向的精确控制,并在手动单色仪改造中实现了从600～1700nm波长范围的20s快速扫描以及瞬间起停,利用该方法还实现了计算机直接控制精密位移平台,步进距离约为1μm,与直接购买自动仪器相比可节省大量资金,并减少测试系统软件二次开发的难度。该方法可用于实验室及工业新旧仪器的改造与设计。

LVDS高速并口通信协议设计

提出高速数据传输系统中IEEE802.3千兆网卡与同步静态存储器间非对称点对点高速通信接口和通信协议设计方案,接口速率不低于1 Gb/s。基于高速接口中常用的低电压差分信号技术,电气连接单向使用5路低摆幅差分信号对,其中1路时钟,4路数据,双沿采样源同步传输;基于适用于短传播延时的停止等待自动重复请求协议,通信协议使用命令——应答机制;利用模256校验保证数据的可靠传输。理论分析表明,通信接口带宽可达1.2 Gb/s,协议效率在99%以上,协议工作稳定可靠,在满足千兆网卡全速接收转发数据的情况下,高速并口带宽仍有裕量。

Windows平台上三轴联动数控雕刻机的开发

系统地讨论了一台三轴联动数控雕刻机的技术实现 ,包括机械本体的设计、输入输出信号的控制、步进电动机速度和加减速度的控制以及三维插补算法。和当前广泛使用的数控雕刻机相比较 ,该系统省却了一台专用的控制箱 ,而是通过PC机的打印机并行口 ,用软件的方法实现PC机对机械本体的直接控制。在Windows平台上用VC + +语言编写的雕刻监控程序操作界面非常友好 ,且具有G代码文件的接口。

软硬件协同验证系统平台间通讯设计

软硬件协同设计是软件、硬件的并行设计,包括系统描述、软硬件划分、设计实现和软硬件协同验证等几个阶段[1]。软硬件协同验证同时验证软件和硬件,使用处理器仿真器进行协同验证是其中一种重要的方法。一个能够对片上系统(SOC)设计进行全面快速验证的测试系统将会大大提高协同设计的效率[2]。测试系统中不同平台之间数据和信号的发送与接收是系统中必不可少的组成部分。该文介绍了测试系统平台间通讯方式和通讯协议的设计与实现。