时间约束下 ＦＰＧＡ 资源最小化的动态重构

针对可重构嵌入式系统算法中数据路径部分的时间划分,本文提出了一种在时间约束下实现应用数据路径所需的单元格数量最小化的动态重构策略。首先,把算法建模为一个无环数据流图G(V,E),其中顶点集V={O1,O2,…,Om}对应于算术算子和逻辑算子,有向边集E={e1,e2,…,ep}表示运算之间的数据依赖关系;其次,对应用设置一个约束时间T,通过E建模的数据依赖关系来执行算法,使得所需要的FPGA单元数量最少。具体实现是使用一个与目标相关的算子库,这个库可以将算子Oi需要的最大路径延迟ti和基本FPGA单元的数量Area(Oi)两个属性关联到图G的每个顶点,从而计算出精确的处理时间;最后,分析总的处理时间(配置和执行)与约束时间之间的差,对分区作出判决。基于一个图像处理算法的应用表明,本文提出的划分策略对于可重构嵌入式系统的设计是有效的。     

基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机设计与评估

根据水下可见光通信长距离传输的需求,对水下光通信信道进行建模仿真,并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）进行开关键控（OOK）调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波（FIR）、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能,并在不同水质环境中进行水下光通信实验,对整体通信系统进行误码率分析,验证系统性能。实验结果表明,在满足误码率等于10^-6条件下,接收机灵敏度可以达到-38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10^-6条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m,Ⅱ类水质中传输距离10 m,Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。     

自动化技术在电力工程中的应用

阐述电气自动化技术的分类与特点,自动化技术的运用对策,包括监控系统、设备的故障诊断、电网调度、现场控制的自动化。     

基于FPGA的短波红外图像灰度级拉伸算法实现

为了增强短波红外成像仪的成像对比度,提高目标的识别率,介绍了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的灰度拉伸算法的实现方法。利用视频数据两帧之间灰度分布近似的特性,通过统计上一帧图像的灰度分布,计算图像拉伸所需要的参数,处理当前帧的图像,达到实时处理的效果。在灰度统计模块中,利用FPGA的片上块随机存储器(Block RAM)资源,采用非倍频的流水线数字逻辑设计,避免了跨时钟域的操作,降低了系统状态机的复杂度,提高了系统的工作频率。采用国产320×256元InGaAs面阵探测器,搭载了Xilinx Artix-7系列芯片的实验平台进行实验,仿真结果表明,该方法能有效提高短波红外图像的对比度,具有占用资源少、运算速度快、成本低、可移植性高等优点,满足短波红外成像仪实时灰度拉伸处理的设计要求。     

一种多相延迟锁相环的自校准方案

芯片间数据传输速率的不断提高,导致系统对时钟信号的要求越来越高.延迟锁相环在各种高速通信系统中提供多相位时钟,其相位精度直接影响到数据的误比特率.然而,因鉴相器器件失配引起的相位误差问题在时钟频率提高的同时愈发明显.针对一种基于OTA的延迟锁相环电路鉴相器失配问题,提出了一种环路自校准方案,同时给出校准电路的Verilog-A行为级模型.当鉴相器中两个或门电路之间存在失配误差时,将会在OTA输入端以失调电压的形式引起输出相位偏移;校准电路能够对该失调电压实现检测与计算,并补偿至环路中,使得理想反馈时钟条件下,OTA输入端电压保持相同,压控延迟线延时不再改变,最终能够有效减小因鉴相器失配引起的输出时钟相位误差.基于TSMC 40nm CMOS工艺完成了4相DLL电路的设计,其工作频率范围能够达到10 GHz~12 GHz;联合校准电路模型,通过电路-模型混合仿真结果显示:校准前后,输出时钟相位误差均方值从300fs降低至30fs.     

基于曲线拟合的毫米波雷达安装角度校准方法

毫米波雷达的安装角度校准是雷达正常使用并与摄像头进行数据融合的重要前提,雷达安装角度偏 转过大会导致雷达数据与摄像头数据融合失败,影响高级驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistance System,ADAS) 的正常使用。文中提出一种基于曲线拟合的毫米波雷达安装角度校准方法,当车辆在道路上行驶时辅以车辆输入 的车速和偏航角信息,通过2000 个静止点进行曲线拟合得到雷达需要补偿的角度。相较于选择有护栏的道路进行 绕行和在标定场地部署角反射器进行安装角度校准的方法,这种方法适用的场景种类更多并且校准时间从15 分钟 以上缩短为5 分钟以下。经过实验验证,在花费更短时间完成校准后,校准精度与其它自校准方法相同为±5°。     

5G 功放DPD 的FPGA 宽带实现及自动优化

5G 宽带功放数字预失真器(DPD)的FPGA 实现过程中,常遇到数字处理带宽不够和资源有限问题,对 此,文中提出一种基于双路并行数据流的数字预失真带宽扩展方法和基于Zynq Ultrascale+ MPSoC 的自动化模型优化 验证方法,可快速实现对5G 宽带功放线性化方案的优化。使用该并行处理结构的数字预失真器,克服了数字电路最 大时钟频率造成的对FPGA 线性化带宽的限制,使得数字预失真电路在每个时钟周期内可以处理更多的数据,不仅有 效地增加了数字处理带宽,而且降低了DPD 的功耗。然而,这种带宽增加以消耗更多硬件资源为代价,对此,文中同时 提出了对预失真非线性模型的在线自动优化方法,以简化非线性模型、降低DPD 的硬件资源开销。最后,在Zynq Ultrascale+ FPGA 实验平台上实现了具有两路并行数据处理的I-MSA 自优化数字预失真电路,采用100 MHz 的5G 新无 线电(NR)信号在2. 6 GHz 功率放大器上进行线性化实验验证,获得了满意的预失真性能,验证了所提方法的有效性。     

基于3D打印技术的眼科OCT设备计量校准装置研制

为了评估眼科光学相干断层成像（OCT）设备的分辨率、视场角、图像匹配度、深度测量准确性等多个关键参数,确保设备输出量值的准确性与有效性,设计并研制了一种模拟真实人眼结构且参数可溯源的模拟眼,包含角膜和晶状体等人眼主要屈光结构。设计并依托3D打印技术加工了用于横向与轴向分辨率检测的三维分辨率板;设计加工了用于视场角检测的阶梯状同心圆环结构;同时设计加工了用于图像匹配度检测的交叉光纤组件和用于深度测量准确性参数检测的平行玻璃板组件,可适配于模拟眼眼底凹槽内。使用共焦拉曼显微镜对三维分辨率板尺寸溯源,横向和轴向最小可检测分辨率分别为9.7 μm和5.7 μm;使用尼康投影仪对同心圆环尺寸及光纤直径溯源,最大可检测视场角109.03°以及最小62.5 μm的图像匹配度检测;使用尼康高度计对平行玻璃板中心厚度溯源,其测量不确定度小于5 μm。经过对商用眼科OCT设备测试表明,结合微纳3D打印技术的计量校准用模拟眼具有精度高、集成度高、适用范围广、稳定性强等优点,适用于眼科OCT设备的计量校准。     

FPGA三模冗余工具的关键技术与发展

SRAM型现场可编程门阵列(FPGA)在空间辐射环境中容易受到单粒子效应的影响,从而发生软错误,三模冗余技术(TMR)是目前使用最广泛的缓解FPGA软错误的电路加固技术。该文首先介绍了三模冗余技术研究现状,然后总结了三模冗余工具常用的细粒度TMR技术、系统分级技术、配置刷新技术、状态同步技术4项关键技术及其实现原理。随着FPGA的高层次综合技术愈发成熟,基于高层次综合的三模冗余工具逐渐成为新的研究分支,该文分类介绍了当前主流的基于寄存器传输级的三模冗余工具,基于重要软核资源的三模冗余工具,以及新兴的基于高层次综合的三模冗余工具,最后对FPGA三模冗余工具的未来发展趋势进行了总结与展望。