众核处理架构在水下航行器相位编码脉冲回波检测中的应用

针对宽带编码脉冲、多输入多输出等新型目标探测体制发展带来的运算量和数据存储需求剧增的问题,根据水下航行器相位编码脉冲回波检测算法的数据级并行特点,提出应用图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)众核处理架构,并从任务分配策略、数据处理流程、GPU硬件资源利用率和存储器访问等角度考虑,设计了算法在GPU上的并行实现框架。利用湖试数据测试了桌面级GPU平台、嵌入式GPU平台与基于多核数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的传统航行器信号处理平台的性能,与多核DSP平台相比,嵌入式GPU平台在功耗、运算性能等方面更有优势。研究结果表明采用嵌入式GPU平台可大幅提升每瓦特性能指标并简化系统设计,能满足新型航行器探测系统大数据量、低功耗和实时性的应用需求。      

基于ARM和DSP的双核嵌入式视频监控系统

针对传统嵌入式视频监控设备集成度低,功能有限,响应速度慢,计算能力不足的问题,研究了一种基于ARM微处理器S3C6410与TMS320DM642 DSP双核体系结构的嵌入式视频监控系统。该系统采用CMOS摄像头采集视频数据,经DM642上算法处理后通过HPI高速并行接口传输给ARM处理器,ARM处理器负责对接收到的视频进行控制和LCD显示。重点阐述了ARM和DSP系统单元间的硬件连接方案,HPI接口驱动程序的设计实现,以及结合Linux异步通知和多线程技术的QT/Embedded客户端人机交互软件的编写。最后,移植了运动目标跟踪算法到DSP中并对整个系统进行实验测试,验证系统的性能。经实验证明,所设计的系统稳定可靠,视频清晰流畅,具有性能高、功耗和成本低、可扩展性强等优点,在嵌入式视频监控领域具有推广和使用价值。     

多通道磁共振成像仪控制台数据传输模块设计

当前临床高场磁共振成像（MRI）系统要求成像仪控制台支持16个甚至32个接收通道，可以频繁和高速地进行数据传输并支持快速成像．基于此要求，本文研发了一个基于PowerPC处理器的数据传输模块，将其集成于自行研发的MRI成像仪控制台中，用于成像过程中控制台与计算机之间数据的高速传输．该模块以飞思卡尔公司的高性能PowerPC处理器—MPC8270为核心，运行嵌入式Linux操作系统．处理器与用户计算机之间通过百兆以太网连接，使用局部总线连接控制台的序列运行模块和数据采集模块（数量可扩展）．处理器响应数据采集模块发来的中断请求以快速读取和上传数据．本设计通过驱动程序的设计以保障响应的速度与可靠性．成像实验表明此设计方案能够满足多个接收通道数据快速获取与传输的需求．     

空气弹簧隔振台特性试验及信号处理算法研究

超精密测量对环境振动要求非常严格,其仪器设备中多安装隔振装置。为评估某重点实验室圆度仪中使用的仪用小型空气弹簧隔振台的隔振性能,利用压电式加速度传感器设计振动测试试验。根据振动测试中信号的实际情况,设计信号处理算法,对采集到的加速度信号进行预处理、积分运算、频谱分析,消除信号中低频趋势项和干扰噪声,还原实际振动状况,准确获取隔振系统振动位移曲线及其固有频率。试验表明,该空气弹簧隔振系统各项指标满足隔振要求。信号处理算法对振动测试中的加速度信号处理具有一定指导意义,也可作为故障诊断中加速度信号处理的参考。     

基于SQLite的边界扫描互连测试矢量生成设计

互连测试是边界扫描技术的主要内容之一,在分析IEEE1149.1的基础上,给出一种基于嵌入式开源数据库SQLite的边界扫描测试系统中互连测试矢量生成的设计。利用SQLite数据库中存储的被测电路的扫描链路信息和器件等信息,得到扫描粗链并进一步形成扫描细链;利用可测网络信息结合测试算法产生测试矢量。最终将测试矢量在扫描细链上对扫描单元赋值即得到扫描链的互连测试矢量集。测试结果表明,该设计可快速生成测试矢量而缩短测试时间,具有较好的应用前景。     

基于NiosⅡ的非制冷红外图像处理系统研究

设计一个非制冷红外图像处理系统，该系统放弃了目前普遍应用的数字信号处理器（DSP）＋现场可编程门阵列（FPGA）的系统构架，采用基于FPGA的NiosⅡ嵌入式处理器的系统构架，实现了系统的小型化。提出一种基于流水线结构的信号处理方法，并利用NiosⅡ嵌入式处理器软硬件开发工具，实现了在该系统上对非制冷红外焦平面阵列非均匀性进行校正和盲元补偿的实时处理，降低了系统的工作频率。实验结果表明：该系统能够对非制冷红外图像进行实时处理，工作性能稳定，处理效果良好。     

TigerSHARC201在声纳信号处理系统中的应用

本文介绍了ADI公司最新数字信号处理器TS201的主要特点和基于TS201的VMEBus通用数字信号处理板的设计。文中较详细地分析了声纳信号处理系统的算法特点,系统的运算量和数据传输率的要求。然后给出了基于Quad-TS201 VMEBus通用数字信号处理板的具体声纳系统设计方案。该方案充分利用TS201强大的运算能力及高速数据吞吐率,以实现声纳的时空处理任务。该系统已研制成功,并在实际海上试验中得到应用。     

嵌入式服务器在智能家居系统中的应用

智能家居正逐步融入大众的生活,改变着我们的生活方式。嵌入式处理器的性能不断的提高,使得智能家居系统可加入更多的功能,进行更复杂的运算。基于高性能的嵌入式处理器硬件平台,设计了一种基于Linux软件系统的服务器作为智能家居系统的数据交换与监控中心。并且采用Nginx服务器、PHP编程语言和SQLite数据库,实现了智能家居系统的Web远程监控平台,此Web站点符合HTML5规范,并且使用HTML5规范中的WebSocket协议,实现了浏览器端和服务器端之间的全双工实时通信。这是一种更为便捷的跨平台兼容的智能家居系统远程监控平台。     

人体外骨骼控制器硬件设计

为了适应外骨骼机器人的发展需求,设计了一款可以实现外骨骼控制的控制器,该控制器采用以PowerPC芯片为核心,FPGA芯片为辅的硬件设计,文中详细说明了各个模块的设计思想及外围接口电路的设计,由于PowerPC芯片较高的内部集成了多种功能,以及在平台中加入了以FPGA来集中控制各个接口,因此可以实现多个传感器接口信号采集和控制,并使用实时操作系统对各个传感器信号处理和控制。该控制器具有运算速度快,扩展方便,可靠性较高的特点。     

Libera Brilliance Single Pass束流位置处理器性能测试

在合肥光源(HLS)升级改造中,为了增强注入器的束流位置检测器(BPM)系统的整体性能,采用单次通过数字束流位置处理器(Libera Brilliance Single Pass)构成信号处理系统。首先对Libera Brilliance Single Pass进行了离线的性能测试,然后用它对条带BPM进行实验台标定,最后在合肥光源现有200 MeV直线加速器上进行了在线测试。结果显示其离线分辨力为4~17 m,优于原有对数比处理系统。在线水平和垂直分辨力分别好于26 m和19 m,优于原有系统的58 m和33 m。     

基于Open VG云电子书系统的多级优化框架设计

针对电子书应用存在的文件格式、性能效率低下和图像失真等问题,设计了一种应用于云电子书系统的多级优化框架,优化框架主要体现在如下三个方面。第一,对向量图形类库的性能进行描述,并提出了一种优化算法,减少了类库的时间复杂度。第二,在嵌入式GPU上并行进行坐标系统的计算。利用GPU在并行计算方面的优势,云电子书在向量图形类库方面获取了显著的性能提升。第三,云电子书将文件转化功能转嫁给Hadoop云平台,节省了移动设备的能量消耗和计算时间。同时为了对Hadoop调度过程中的数据位置问题进行优化,将位置感知调度器运用到提出的系统。实验结果表明：云电子书系统与最初的Open VG类库相比,性能提升了约70%,而且云电子书系统与连续服务器平台相比,计算时间减小了约60%。     

基于OpenCL与FPGA异构模式的Sobel算法研究

随着计算机科学技术的迅速发展,嵌入式领域实时图像处理应用越来越广泛,然而传统硬件因为自身架构导致并行化程度不高,针对在视频监控、机器视觉、视频压缩、医疗影像分析等领域需要对图像进行高性能计算的问题,提出一种以OpenCL软件模型和FPGA异构模式的高性能图像处理解决方案,实现了图像显示和OpenCL加速功能,以Sobel边缘检测算法为研究对象,进行了算法并行性分析,并在系统中运用OpenCL加速内核算法,与基本的ARM平台和OpenCL共享内存加速机制相比较,展开性能测试,对加速效果进行了研究。实验数据表明,使用该系统处理不同分辨率的图像,OpenCL加速子系统的处理较基于片上ARM硬核的软件处理,实现相同功能上有100倍左右的性能提升。     

嵌入式结构下集成优化自动控制系统设计

随着互联网技术的发展,数字图像处理与优化已普遍应用于各个领域。近年来集成控制技术快速发展,图像处理系统已向集成控制方向发展。通过对现有的图像优化控制系统分析发现,系统普遍存在嵌入式结构下多模组协调逻辑性欠缺、自动处理识别反馈单元缺失、系统整体控制单元统一性欠佳,导致传统控制系统无法在嵌入式结构下快速、高效、平稳的运行。针对这些问题,提出嵌入式结构下集成优化自动控制系统设计方法。采用IFCO嵌入式逻辑数据库、多元数据主控平台、HRG数据平流稳定模组针对性的解决传统控制系统存在的一系列问题。通过仿真模拟实验测试证明,提出的系统设计方法具有处理速度快、数据信号执行准确率高、运行稳定性好的特点。     

Acoustic vector sensor signal processing

Acoustic vector sensor simultaneously, colocately and directly measures orthogonal components of particle velocity as well as pressure at single point in acoustic field so that is possible to improve performance of traditional underwater acoustic measurement devices or detection systems and extends new ideas for solving practical underwater acoustic engineering problems. Although acoustic vector sensor history of appearing in underwater acoustic area is no long, but with huge and potential military demands, acoustic vector sensor has strong development trend in last decade, it is evolving into a one of important underwater acoustic technology. Under this background, we try to review recent progress in study on acoustic vector sensor signal processing, such as signal detection, DOA estimation, beamforming, and so on.     

Parallel performance of the fine-grain pipeline FPGA image processing system

The use of FPGA circuits in imaging systems increases. They compete with other computing environments. The article describes the indications to be followed while choosing the type of image processing computing system taking under consideration the advantages and disadvantages of each technology: general purpose processor, digital signal processor, graphical processing unit, application specific Integrated circuit and field programmable gate array. Attention is drawn to various video transmission standards. The state of research and development trends in the field of FPGA-based image processing are briefly presented. A defining processing performance method for image processing is proposed. It is proven that for a pipeline architecture implemented in FPGA, a linear speedup is achieved and parallel efficiency is equal to one.     

合肥光源横向反馈系统的改进与试验结果

介绍了在合肥光源横向模拟反馈样机系统进行的改造和升级。主要包括前端束流位置信号处理模块的重建和与直流成分剔除单元模块。同时还进行了信号矢量合成模块的优化与改造、增加独立可调增益模块以及优化信号传输线路在内的重要改进。对改进后的反馈系统进行了抑制耦合束团不稳定性试验,相关试验数据分析结果表明,反馈系统提供的注入阻尼率提高了一个数量级。     

Numerical Study of Geometric Multigrid Methods on CPU-GPU Heterogeneous Computers

The geometric multigrid method (GMG) is one of the most efficient solving techniques for discrete algebraic systems arising from elliptic partial differential equations. GMG utilizes a hierarchy of grids or discretizations and reduces the error at a number of frequencies simultaneously. Graphics processing units (GPUs) have recently burst onto the scientific computing scene as a technology that has yielded substantial performance and energy-efficiency improvements. A central challenge in implementing GMG on GPUs, though, is that computational work on coarse levels cannot fully utilize the capacity of a GPU. In this work, we perform numerical studies of GMG on CPU-GPU heterogeneous computers. Furthermore, we compare our implementation with an efficient CPU implementation of GMG and with the most popular fast Poisson solver, Fast Fourier Transform, in the cuFFT library developed by NVIDIA.     

基于HHT变换的起动电动机特征信号时频分析

针对车辆起动电动机电气和机械故障发生时特征信号的时变不平稳特性,进行了时频域分析处理,提出了利用现代信号处理方法对故障信号提取特征向量的方法,主要对起动电动机的电枢和轴承故障进行诊断。在构建电机故障测试实验平台的基础上,利用破坏性实验构造了故障类型,测取了电枢电流和振动信号,分别采用小波分析理论和HHT变换对信号进行分析,通过分解再重构的方式将信号分解成了频率由高到低的不同分量,并获得了故障的特征频率,提取了特征向量。实验结果表明,基于HHT变换的现代信号处理方法在处理时变非平稳信号方面比小波分析理论更具有自适应性,更易识别。     

基于多任务管理系统的高清视频处理

提出了一种基于多任务管理系统的高清视频处理技术,具有提升高清视频处理实时性,优化计算资源利用率,降低高清视频处理应用设计难度的特点。首先,介绍了面向异构多核计算环境的多任务管理系统,用于多种类型任务的调度执行及计算资源的负载均衡。在此基础上,设计了一种软件流水线,将对于高清视频的复杂而重复的处理过程分解成多类型的任务,提交至多任务管理系统。最后,对基于多任务管理系统的高清视频处理技术进行了实验验证。结果表明,异构多核环境下,高清视频处理的计算性能提升了3.7倍。