基于SATA3.0的高速大容量存储系统设计

在通信技术快速发展的背景下,数据传输呈现速度快、容量大、带宽高的特点,为解决由此带来的数据缓存问题,设计一款基于SATA3.0协议的高速大容量存储系统。采用Xilinx-Virtex7系列XC7VX690TFFG1158作为控制核心,SRIO协议缓存前级高带宽大容量的数据,同SSD的数据通信采用SATA3.0协议,同上位机之间的数据通信采用RGMII协议。利用FPGA并行处理数据的优点,应用RAID0阵列实现并行控制8块SSD。经实际测试,存储系统平均写入速度大于20 Gb/s,整个SSD阵列平均写入速度可达29.2 Gb/s,平均读取速度可达35.7 Gb/s,在卫星通信等高速数字信号处理领域有广泛应用前景。同时为高速大容量存储系统的设计提供一定的参考意义。

面向GEO目标探测的面阵TDI空间相机

为了提高远距离、暗弱目标探测灵敏度,通常需要增大可见光相机口径,这会显著增加相机的质量和体积,无法适应卫星轻小型化要求。针对低轨探测地球同步轨道(GEO)目标需求,利用低轨零倾角卫星与GEO目标相对速度恒定,设计了面阵相机时间延迟积分(面阵TDI)成像模式。与自然交会模式、面阵凝视模式相比,在不增加相机口径的前提下,大幅提高了相机探测灵敏度。阐述了面阵探测器TDI成像原理,推导了相机信噪比计算模型,对目标运动、积分时间、探测灵敏度和信噪比等主要成像参数进行了计算,分析对点目标探测成像的影响。研制了一台原理样机,在暗室条件下的实测结果表明,相机TDI级数为96级,可实现对GEO轨道目标探测能力优于15星等,信噪比大于5。

Z箍缩丝阵负载参数的优化设计

以俄罗斯S 300Z pinch装置的负载电流波形为基准,利用Z箍缩的质点模型对钨丝阵负载的初始半径和线质量进行了系统的优化计算,得到了不同电流幅值的电流波形所对应的优化丝阵负载参数。发现了负载最大内爆动能与负载电流幅值的平方成正比关系。电流上升时间对最优丝阵负载参数的影响的计算表明,随着负载电流上升时间的增大,负载的最优线质量也要增大。

高速视频硬盘记录系统分析

为了提高视频记录速度,通过分析视频记录系统的数据通道,找出通道的瓶颈所在;通过研究文件大小与存储速度的关系,采用RAID0技术和文件合成与分割技术提高硬盘的存储速度,改善了系统的数据通道,最终达到了提高视频记录系统的整体速度。

CLU基因干扰肾癌786-O细胞差异基因表达的研究

目的:观察CLU基因干扰前后肾癌细胞株786-O的基因表达谱差异,探讨肾细胞癌与CLU基因相关基因及传导通路。方法:CLU基因干扰慢病毒载体及空病毒载体转染肾癌786-O细胞样本与RocheNimbleGen表达谱芯片杂交,比较干扰前后基因表达谱差异,并行GO分析及Pathway分析。结果:六份样本中,共筛选出差异表达基因1731个,其中共同上调基因1154个,共同下调基因577个。差异表达基因中生物进程、细胞成分、分子功能方面均以下调为主。通路分析显示29条通路上调,如细胞黏附、异体排斥、吞噬体。31条通路下调,如mTOR、MAPK、非小细胞肺癌。结论:采用全基因组芯片检测CLU基因干扰后肾癌786-O基因表达谱获得差异表达基因,为以CLU基因为靶点的肾癌基因研究提供了实验依据。

基于USB2．0的面阵CCD图像采集系统设计

设计了一种基于USB2.0的面阵CCD图像采集系统。简要介绍了系统的整体设计思路和各主要模块作用。选用复杂可编程逻辑器件作为硬件设计载体,使用Verilog HDL语言对驱动时序发生器进行编程。最后详细阐述了USB的软件框架。

比赛项目排序的模型

本文将2005年“电工杯”B题的最优化问题转化为独立的问题来讨论。解决了在比赛项目排序过程中尽可能使每个运动员不连续参加两项比赛问题。即把运动员参加的项目记作1,把未参加的项目记为0,这样把运动员报名表转化成为一个0-1矩阵。问题转化成为0-1矩阵进行列交换顺序,使得每一行中两个1相邻出现的次数和达到最小。并对模型进行了推广。最后指出了模型的优缺点。

阵列失效单元非凸压缩感知平面近场快速诊断方法

在阵列失效单元压缩感知近场诊断方法中,缺乏观测矩阵是否满足约束等距特性的先验信息,因此采用l_1范数极小化凸优化算法将无法确保阵列失效单元的高概率精确诊断。针对该缺陷,提出了采用迭代重加权最小二乘的非凸压缩感知平面近场快速诊断方法。在失效单元个数远远小于单元总数的前提下,按照随机欠采样方式分别获取完好阵列和失效阵列的近场幅相信息,继而构造差异性阵列并利用所提的非凸优化算法对该阵列的激励进行重构,从而实现阵列失效单元的高概率精确诊断。数值仿真实验表明,所提方法不仅避免了观测矩阵约束等距特性的缺失对诊断性能造成的不利影响,而且克服了非凸范数易于陷入局部最优解这一弊端,明显缩短了诊断时间,有效提高了诊断成功概率。

图像存储与实时显示系统设计与实现

针对大面阵CCD摄像机需要实时无压缩记录的要求,在分析了数字视频的信号特点和SCSI系统数据传输过程的基础上,提出了利用FPGA将图像数据分路处理:一路原始图像数据经SCSI控制器以DMA方式直接写入SCSI磁盘阵列;另一路图像数据经过FPGA处理后由PCI接口进入计算机内存实时显示的设计方案。直接访问磁盘空间的存储方案指出了传统存储方案的不足,使用DMA技术解决该问题。并分析了SCSI磁盘存储时间,以及数据块大小对磁盘存储速度的影响。由于原始图像数据没有使用PCI接口,而是直接访问SCSI磁盘,其存储速度得到了很大提高,达到高速存储目的。实验结果表明,使用改进的存储方式,在输入图像分辨率为2K×2K,工作频率为25f/s时,SCSI速度存储速度达到1 200 Mb/s,存储系统工作稳定,可靠,很好地满足工程需求。

一种新型磁盘阵列结构探讨

为提高磁盘阵列的可靠性，该文提出采用扩展海明码构造阵列的存储数据，形成一种可靠磁盘阵列——ＲＡＩＤ７．充分利用磁盘的ＥＣＣ检错指示和扩展海明码的纠１检２能力实现ＲＡＩＤ７的容错功能，可有效地提高磁盘阵列的数据有效性和系统可靠性。

USB 2.0工业相机的图像采集鲁棒性研究

针对通用串行总线(universal serial bus,USB)2.0工业相机传输带宽使用接近满载时,出现图像数据丢失现象进行深入分析,提出一个新的整体解决方案,包括3部分:利用帧校验的方式实现图像数据的帧同步,使系统具备容错校正机制;添加数据缓存模块克服非实时操作系统轮询工作模式对数据传输的影响;通过数据钳位的方式消除USB 2.0非归零反向编码方式对传输带宽的影响,保证传输带宽的稳定.在此基础上,研制一款1 280×1 024@30帧/s的USB 2.0工业相机.实验结果表明,该相机传输速率可达39 Mbyte/s,实现了接近USB 2.0实际带宽上限的稳定传输,具备图像帧自动纠错功能,解决了传统方案里图像传输丢帧和图像错乱的问题.

对称五元照射的SCM网络设计分析

从需求分析、对称五元照射器组阵设计、单通道单脉冲（Single-Channel Monopulse,SCM）网络设计等几个环节,深入分析了无人值守条件下高动态低仰角跟踪所采用的对称五元照射SCM网络的实现方法。通过与传统3通道天线组阵的比较,阐明了新对称五元照射阵列的优越性;通过与双通道多模馈源和差网络的比较,阐明了新SCM网络的特点;根据校飞试验结果,证明了设计方法的合理性。

JNK信号通路在大鼠肝再生及肝硬化的细胞增殖和凋亡中作用的比较

目的从基因转录水平了解JNK信号通路在大鼠肝再生(LR)和肝硬化(LC)中的作用异同。方法采用2/3部分肝切除手术制备大鼠肝再生模型,以腹腔注射CCl4中性菜籽油溶液法建立大鼠肝硬化模型,采用大鼠Genome 230 2.0芯片检测不同时间点再生肝和肝硬化组织中JNK信号通路的基因表达谱,用生物信息学和系统生物学等方法分析基因表达谱预示的增殖和凋亡活动。结果 JNK信号通路涉及302个基因和42条途径,大鼠Genome 230 2.0芯片含上述基因中的240个基因,其中,79个基因发生有意义表达变化,涉及LR的52个基因,LC的5个基因,有22个基因与两者相关。在大鼠LR启动阶段,途径1和16促进细胞增殖及途径22～33促进细胞凋亡作用强于对照;在进展阶段,途径1～17、34和35促进细胞增殖及途径22～33促进细胞凋亡作用强于对照,途径37～41抑制细胞凋亡作用弱于对照;在终止阶段,途径37、39、41和42诱导细胞凋亡作用弱于对照,同时,尚未发现途径18～21和36参与大鼠LR。而在LC发生中,JNK信号通路中的这些途径与对照相比均无显著差异。结论 JNK信号通路的37条途径调控大鼠肝再生的细胞增殖和凋亡,对大鼠肝硬化的调控作用则不显著。

分数阶简化Lorenz系统的FPGA实现

目前针对分数阶混沌系统的研究大多数都是基于DSP(Digital Signal Processor)平台,由于分数阶混沌系统的复杂度较大,用DSP实现存在序列生成速度较慢的问题,只能应用于对速度要求不高的系统.针对该问题,研究了基于分数阶微积分Grunwald-Letnikov(GL)定义的分数阶简化Lorenz系统的FPGA(field programmable gate array)实现.通过最大Lyapunov指数和0~1测试验证了基于GL定义的分数阶简化Lorenz系统是混沌的.详细分析了基于GL定义的分数阶简化Lorenz系统的FPGA实现结构,并使用定点数格式实现了该系统.通过示波器观察FPGA输出结果与MATLAB仿真结果一致,从而进一步揭示了分数阶混沌系统的可实现性.

JNK信号通路调控大鼠再生肝8种细胞的增殖和凋亡

目的从基因转录水平了解JNK信号通路在大鼠再生肝8种细胞中的作用。方法用密度梯度离心和免疫磁珠等方法分离肝细胞(HC)、胆管上皮细胞(BEC)、卵圆细胞(OC)、肝星形细胞(HSC)、窦内皮细胞(SEC)、库普弗细胞(KC)、陷窝细胞(PC)、树突状细胞(DC)等8种肝脏细胞,用大鼠Genome 230 2.0芯片检测大鼠再生肝8种细胞的基因表达谱,用生物信息学和系统生物学等方法分析基因表达变化预示的JNK信号通路在调控大鼠再生肝8种细胞增殖、凋亡中的作用。用实时荧光定量PCR方法验证了芯片结果的可靠性。结果 JNK信号通路涉及240个基因和42条途径,其中,225个基因与大鼠肝再生相关。基因协同作用分析显示,在大鼠肝再生启动阶段,JNK信号通路启动HC和KC增殖,促进OC凋亡,启动部分PC和SEC增殖和促进部分PC和SEC凋亡;在进展阶段,JNK信号通路促进HC、BEC、KC和DC增殖,促进部分PC增殖、部分PC凋亡。在终止阶段,JNK信号通路促进HC、OC和PC凋亡,促进部分KC增殖、部分KC凋亡。结论大鼠肝再生中JNK信号通路的42条途径和225个基因参与调控大鼠再生肝8种细胞的增殖和凋亡。

基于SATA 3.0的高速大容量嵌入式存储阵列控制器

在遥感、通信等高端电子系统中,经常会有大带宽的海量数据存储需求。在当前大数据形势下,其他嵌入式系统对数据存储的容量与带宽要求也越来越高。针对以上应用,本文提出了一种基于FPGA的SATA 3.0存储阵列控制器,通过合理设计分层架构以及通道扩展方式,提高了阵列控制器的跨平台移植能力、升级能力、模块复用能力和环境适应能力,弥补了专用RAID控制芯片依赖于计算机而不适合嵌入式系统的缺陷。本阵列控制器完全采用Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA实现,外接8块SSD实现通道扩展,并且利用Micro Blaze实现了对控制器的自动测试。最终设计实现的阵列控制器,存储容量达4TB,写入带宽达3.3 GB/S,读出带宽达3.4 GB/S,能在-40~60℃的工业化环境中正常工作。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路相关基因对大鼠再生肝8种细胞生长过程的调节作用

目的从基因转录水平了解哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路对大鼠再生肝8种细胞的生长调节作用。方法在本实验室建立大鼠2/3肝切除模型,分离和鉴定再生肝8种细胞,采用大鼠Genome230 2.0芯片检测、数据处理及实时荧光定量PCR等方法,构建mTOR的信号通路网络,分析mTOR信号通路的相关基因在以上8种细胞中的表达谱,用系统生物学方法分析基因表达谱预示的细胞生长活动。结果 mTOR信号通路涉及110个基因和25条途径,99个基因含于大鼠Genome 230 2.0芯片,82个基因与大鼠肝再生相关。其中,在启动阶段,mTOR信号通路主要参与激活、促进肝细胞、陷窝细胞、库普弗细胞、树突状细胞、肝星形细胞和窦内皮细胞的生长过程;在进展阶段,mTOR信号通路明显地促进肝细胞、胆管上皮细胞、卵圆细胞、肝星形细胞、库普弗细胞、陷窝细胞和树突状细胞的生长过程;在终止阶段,mTOR信号通路的大多数途径对肝细胞、库普弗细胞和树突状细胞的生长过程的促进作用减弱,而途径25却对肝细胞、窦内皮细胞、肝星形细胞和陷窝细胞的生长过程有明显的抑制作用。结论 mTOR信号通路的25条途径和82个基因参与大鼠再生肝8种细胞的生长调控。

基于工作负载感知的固态硬盘阵列系统的架构设计与研究

在RAID-0阵列中设计了一种基于冷热数据分离存储的固态硬盘阵列系统架构HA-RAID,并结合滑动窗口技术进行优化.其主要思想是,利用固定长度的滑动窗口将阵列系统中的盘划分为普通盘和热点盘,热点盘专门存放热数据,普通盘存放普通数据,且阵列中各盘的角色随着滑动窗口的移动而不断变化.在8块商用固态硬盘组成的RAID-0阵列系统上对HA-RAID予以实验分析.实验结果表明,相比于未引入冷热数据分离机制的原始RAID-0做法,HA-RAID可以将热数据相对均匀地存储到各个盘上,很好地实现了阵列系统级的负载和磨损均衡,从而将阵列中热点盘出现的比例降低到几乎为0.在真实的企业级工作负载下,相比原始RAID-0,HA-RAID减少12.01%～41.06%的平均响应时间,很好地实现了阵列系统级的I/O性能提升.

量热器阵列探测器

本工作研制出 5×25=125量热器阵列探测器。每个量热器单元是由石墨块与镍铬——镍铝热电偶构成。解决了热电偶丝与石墨块的粘接问题和上百条热电丝从真空室引出问题。创立了以液氮沸点温度为温度基点的新“0”点装置,它既具有温度稳定性能好又能解决各路之间的绝缘问题。为多路量热器mV级小讯号的物理测量奠定了基础。 采用Fy-1微机数据采集系统测量探测器的讯号。它性能稳定、采集速度快。测量了大面积二极管产生的电子束的均匀性,数据经过模拟处理,给出电子束空间分布的立体图像,从图可以清楚地看出电子束能量空间分布的非均匀性和轴向箍缩效应。

基于改进0-1动态规划的软硬件划分算法研究

软硬件划分已被证明是NP完全问题,大多数研究主要集中在寻找各种快速的近似算法,常见的有爬山法、遗传算法、模拟退火、禁忌搜索等。这些算法大多只能处理小规模问题,而且是单纯从算法角度来研究软硬件划分问题,并没有考虑系统成本。以软硬件协同函数库为统一抽象模型,将系统执行时间、系统成本以及硬件面积等因素融入到0-1动态规划算法中,并根据实际情况分析改进0-1动态规划算法的求解过程,得到划分方案。最后通过实验验证了该算法的正确性和有效性。