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2016年  第33卷  第7期

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一种改进的基于随机森林的快速人眼定位方法
马越, 贺光辉
2016, 33(7): 1-4,10.
摘要:
为了得到更强的鲁棒性和更好的实时性,针对精确的人眼定位提出了基于随机森林的自适应梯度提升算法(Adaptive Gradient Boosting Random Forest),同时引入了更加多样的训练样本来降低诸如光线强弱,旋转角度等外部环境对定位的影响.在BioID数据库中,此方法的准确率为92%,定位时间少于1 ms.实验结果表明,它已经满足在大多数不可控环境对鲁棒性和实时性的要求.
基于免疫B-Cell算法求解可满足性问题的性能分析
夏小云, 周育人
2016, 33(7): 5-10.
摘要:
可满足性问题(SAT) 是计算机科学和人工智能研究中的核心NP-完全问题.构造了两类SAT问题实例,易解和难解实例.从理论上分析了B-Cell算法求解该两个实例的运行时间,并证实了B-Cell算法在某些问题上有效而在一些问题上无效.进一步提出了一个简单的基于免疫的多目标优化算法(IBMO),对于一个双目标的SAT问题,证明了IBMO能够有效地找到整个Pareto前沿.这些分析结果从理论上证实和说明了人工免疫系统的有效性.
点接鱼骨型时钟网路设计
杨贺, 严伟
2016, 33(7): 11-14.
摘要:
通过分析CTS时钟树与鱼骨型时钟树的特点,基于传统鱼骨型时钟容易出现破坏原有设计的逻辑结构的情况,采取至少保留两级门控时钟的结构,在特定点作鱼骨型时钟网络,结合设计需求,使用两种不同的与CTS时钟树相结合的点接鱼骨型时钟网络设计方案.在相同条件下,发现点接鱼骨型时钟网络在时钟延迟上比CTS少了47%,而功耗也降了18%,功能验证方面较于传统鱼骨型时钟更为稳定.
用于16 bit SAR ADC的高精度比较器的设计
侯斌, 莫亭亭
2016, 33(7): 15-18,23.
摘要:
设计了一款可用于16 bit精度,1 MS/s采样率逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)的高精度比较器.为了实现高精度,整个比较器使用了五级预防大器与可再生锁存器,并采用输出失调存储(OOS)的失调电压消除方法,有效降低比较器的失调电压.在16 bit精度下,噪声也成为一个会影响精度的关键因素,设计中采用了一种新型的预放大器带宽优化方法对RMS噪声和比较器功耗进行优化.在TSMC 0.18 μm工艺下,在Cadence Spectre环境下的仿真结果表明,该比较器在3.4 mW的功耗下实现输入失调电压标准差5.8 μV,RMS噪声16 μV,满足16 bit SAR ADC的精度要求.
一种面向多核系统的DDR2 SDRAM控制单元
章裕, 谢憬, 王超, 王琴, 毛志刚
2016, 33(7): 19-23.
摘要:
针对目前大幅增加的访问密集型应用,提出了一种多核系统的DDR2 SDRAM控制单元,重点介绍了该控制单元在各方面的各种优化技术,如结构、控制策略、调度策略等,同时也提出了一种新的地址映射机制,通过相应的映射机制决定请求会被传送到指定的行、列地址,再配合相应的控制策略使得系统有效提升了整体带宽.在实验证明性能得到提升的条件下,通过使用相应的综合工具对电路进行了综合,进行了硬件开销的评估.最后通过测试结果证明了该控制单元应用于整个系统有较好的性能提升.
基于压缩感知的动态区域划分GAF算法
梁青, 沈雅萌
2016, 33(7): 24-27.
摘要:
针对无线传感器网络在传输大数据量时因节点能耗过大、死亡过快,而出现网络生存周期较短的问题,提出了在对无线传感器网络区域动态划分的情况下,通过压缩感知在簇头处对数据量进行压缩的GAF算法.一方面由于压缩感知具有在压缩端计算简单,在构端计算复杂的特点,通过对信号的稀疏变换与观测降维,可以有效地减少簇头需要发送的数据量,降低网络耗能;另一方面,根据节点分布的稀疏度合理划分可变的动态区域,可均衡整个网络的能量消耗.仿真结果显示,基于压缩感知的无线传感器网络动态区域划分GAF算法能在输出信号效果优良的情况下节省了节点耗能,延长了网络生存期.
一种新的基于比特置乱的超混沌图像加密算法
谢国波, 王添
2016, 33(7): 28-32,38.
摘要:
提出了一种新的基于超混沌和比特替换的图像加密算法.算法所采用的混沌系统为Hyperhenon映射和Kent映射,而且在加密过程中引入了与图像本身特性密切相关的参数.首先是利用Kent映射所产生的一组混沌序列来对明文图像位置进行置乱;再通过Hyperhenon映射产生的混沌序列,结合该混沌序列的特性来对每个像素进行内部比特置乱和像素扩散,从而使明文图像达到更好地加密效果.实验仿真结果显示,新的加密算法既能较好地抵抗统计特性分析和差分攻击,又能有效抵抗选择明文(密文)攻击,还具有密钥空间大、加密效果好等优点.
全集成全桥直流马达驱动芯片的设计
郭振宗, 何进, 罗将, 王豪, 常胜, 黄启俊
2016, 33(7): 33-38.
摘要:
基于CSMC 0.5 μm HV CMOS工艺,实现了一款具有优良动态性能和全面失效保护功能的全集成全桥直流马达驱动芯片.芯片提供了待机、正转、反转和制动四种基本驱动模式,以及脉冲宽度调制(PWM)调速和模拟电压调速两种调速模式;集成了全面的失效保护电路,包括欠压保护电路、过温保护电路和过流保护电路.流片封装后的样片测试结果表明,芯片各工作模式正常;在电源电压分别为5 V,4 V,3 V时,驱动MOS管的导通电阻分别约为0.65 Ω,0.8 Ω,1 Ω;在2.5~ 5.5 V工作电压范围内,可以提供最大值为1 A的驱动电流.
基于TDICE单元的SRAM抗SEU加固设计
孙敬, 陈振娇, 陶建中, 薛海卫, 徐新宇
2016, 33(7): 39-43.
摘要:
双立互锁存储单元(DICE),在保持状态下是一种可靠有效的单粒子翻转(SEU)加固方法,但是,基于DICE单元的SRAM在读操作下会发生抗SEU失效.相比抗单个敏感节点翻转的效果,DICE抗多个敏感节点翻转的能力较弱.为此,在DICE结构的基础上采用读写分离机制,以解决DICE单元在读写过程中的节点翻转问题.同时,根据电阻加固原理,在DICE存储单元的节点之间增加NMOS管,即TDICE (Transistor DICE)结构,其利用晶体管隔离反馈回路中的节点间的连接,提高了SRAM的抗多节点翻转能力.Spectre仿真结果表明:基于TDICE单元的SRAM具有较强的抗单粒子翻转能力.
面向服务的云工作流模型与调度研究
于新征, 蒋哲远
2016, 33(7): 44-48.
摘要:
云工作流环境具有复杂性,针对如何在此背景下有效地响应用户的工作流请求和调度工作流在云中的执行,提出了一种面向服务的云工作流模型,利用云计算环境中的计算、存储等服务完成工作流实例的执行,进而满足用户的请求.基于该模型还设计了一种云工作流调度策略和调度算法,该算法利用DAG(Directed Acyclic Grapg)进行建模,优化资源策略,保证在最晚期限内使整个工作流实例的执行花费尽可能小.实验结果表明该算法能有效提高工作流执行效率,降低成本.
基于云物元分析法的军事云计算安全评估研究
郭保平, 程建
2016, 33(7): 49-53.
摘要:
安全性是军事云计算得以深入应用和发展的关键因素.首先分析了军事云计算安全评估的流程,构建了安全评估的指标体系,提出了一种结合云模型和物元分析对军事云计算的安全度进行综合评估的方法.最后使用这种方法对实际的军事云计算平台进行了安全评估,结果表明该方法可以较好地应用于信息安全评估领域.
基于抢占阈值调度的动态电压分配算法
郝嘉磊, 王东辉, 张铁军, 王雷欧
2016, 33(7): 54-59.
摘要:
为了将实时操作系统应用于功耗敏感的嵌入式场景中,提出一种基于抢占阈值调度的动态电压分配算法.仅使用动态电压调节会导致更多无用的任务抢占,任务集可调度性下降.针对上述的问题,将抢占阈值调度方法与动态电压调节结合,在保证任务集可调度的前提下进一步降低处理器供电电压和运行频率.通过仿真,验证了该算法在降低系统功耗方面的优势.
一种新型的动态可重构总线时间同步方法
李超, 邱柯妮, 张伟功, 张少楠
2016, 33(7): 60-63,68.
摘要:
动态可重构总线是一种面向嵌入式系统的高速串行总线,为实现总线系统中各主节点的时间同步,解决多主仲裁中对时间精度的要求,设计了一种时间同步方案:时间主节点通过时间广播包形式向其它节点周期发送自己的时间信息;时间从节点利用通道检测时的三次握手过程计算出通道传输延迟,对收到的时间码信息进行修正后,各节点根据修正后的广播时间来校对自己的时间,从而达到各节点间的时间同步.经过通道速率为100 Mb/s的实际系统的仿真测量,节点同步时间误差在100 ns左右.
基于混沌扰动策略的果蝇优化算法
李宗岳, 陈志军, 李名远
2016, 33(7): 64-68.
摘要:
果蝇优化算法是模拟果蝇觅食的一种解决优化问题的智能算法,但是为了避免其在优化过程中容易陷入局部极值的缺陷,提出一种新的基于混沌扰动的果蝇优化算法.在迭代过程中,首先利用基本果蝇算法获得最优个体,然后对最优个体引入混沌扰动策略,增强获得全局最优解的可能性.同时通过动态变化系数η调整在迭代寻求过程中混沌扰动变量的值,提高算法跳出局部最优和寻找全局最优的能力.对6个经典测试函数的仿真结果表明,新算法的收敛速度、收敛精度和鲁棒性方面比基本果蝇优化算法具有明显优势.
一种多核处理器中断控制器的设计
张海金, 张洵颖, 肖建青
2016, 33(7): 69-73.
摘要:
为适应多核处理器对中断处理的需求,基于Open PIC协议设计实现了一种多核处理器的中断控制器,并使用VHDL语言对其进行了硬件描述.该中断控制器作为APB从机,能够根据中断的目标、优先级的配置情况以及处理器核的中断处理情况实现中断在多个处理器核间的自由分配.本文将中断仲裁、选择和分配进行流水化处理,从而实现中断的快速准确分配.
基于ICEA的3D NoC测试规划研究
许川佩, 凌景
2016, 33(7): 74-78.
摘要:
采用带分复用的测试方法,结合自然进化策略的云进化算法(CEA)优化3D NoC测试规划,依据带分复用的特点建立3D NoC测试时间优化模型,在功耗和带宽双重约束下,采用改进的云进化算法(ICEA)对该模型进行求解,完成3D NoC测试.以ITC’02基准电路为实验对象,实验结果表明该算法能迅速收敛到适应值最佳的测试规划,实现3D NoC资源内核的最大化并行测试,提高测试效率,缩短测试时间.
14位200 MS/s电流舵式D/A转换器的设计
宁可庆, 戴澜, 孙海燕
2016, 33(7): 79-82.
摘要:
设计了一款基于SMIC 0.18 μm标准CMOS工艺的14-bit CMOS分段式数模转换芯片.采用5+4+5分段式结构,通过二进制计码和温度计码结合的方法对输入数字量进行译码.通过使用高输出阻抗的共源共栅电流源结构提高了DAC整体性能.采用了Q2随机漫步选择方法对电流源和开关阵列进行版图布局,保证了版图的对称性和减少梯度误差的影响.最终在信号频率为0.999 3 MHz,采样频率为200 MHz的情况下,SFDR后仿真结果超过90 dB.
一种求解动态及不确定性优化问题的新方法
刘晓
2016, 33(7): 83-88.
摘要:
动态和不确定性优化问题,是许多智能优化算法面临的巨大挑战.介绍了一种可求解这类问题的连续动作学习自动机(Continuous-Action Learning Automaton,CALA).该自动机利用一个可变区间作为其动作集,并依照均匀分布方式产生输出动作.根据一个滑动窗口内的最佳的历史动作,对区间的两个端点进行更新.通过两个仿真实验,演示了该算法在时变的随机环境下的优异性能.相对于三种传统的CALA算法,新算法的学习精度、反应速度以及在最坏情况下的行为表现都非常出色.
基于并串结合机制的数据竞争消除系统设计与实现
沙晗, 应欢, 唐博文, 乔扬
2016, 33(7): 89-92,97.
摘要:
数据竞争是多线程程序最为常见的问题之一,数据竞争的出现会导致程序的原子性遭到破坏,从而使得推理程序的行为和改进程序的性能更加困难.为解决数据竞争带来的问题,提出了一种运行时的数据竞争消除系统DRFS(Data-Race-Free-System).DRFS将多线程程序的执行分为并行执行和串行执行两种模式,采用合理有效的模式切换机制将两种模式结合执行,为并行程序提供一个无数据竞争的运行环境.实验结果表明,DRFS在保证并行程序不会出现数据竞争的同时,并未引入很大的性能开销.
面向用户任务与云资源匹配度的调度算法研究
聂清彬, 霍敏霞, 曹耀钦
2016, 33(7): 93-97.
摘要:
为了提高任务在云环境中的执行效率,提出一种基于任务资源匹配度函数和的成本函数的改进蚁群算法(an advanced Matching function of Task Resource and Cost in Ant Colony Optimization,MTRCACO),在综合参考各种最新蚁群算法的基础上,创新地通过任务与资源匹配度函数来改进信息素中的启发信息,并通过成本函数降低云计算中心的负载不均衡度,使虚拟机通过多次算法迭代以后能够处于一种负载均衡的状态,利用CloudSim工具进行仿真测试,实验结果表明MTRCACO算法在任务的执行成本以及系统负载均衡方面均优于IPSO算法和BACO算法,提高了资源的利用率.
基于熵方法的计算机网络脆弱性检测和优化
吴杏, 曾康铭
2016, 33(7): 98-101.
摘要:
针对计算机网络中的脆弱性问题,采取网络化的方法分析了计算机网络的脆弱性,采用熵方法建立模型,对计算机网络脆弱性进行检测.然后,基于模型检测结果提出优化设计方案,以减低计算机网络的脆弱性.最后,通过数值仿真实验验证了提出的方法的实际应用性,为有效降低计算机网络在级联失效中的脆弱性提供了新而有效的方法.
一种基于LUT和二模冗余的胚胎数字电路故障检测方法
王涛, 蔡金燕, 孟亚峰
2016, 33(7): 102-105.
摘要:
研究了数字电路故障的基本特点,结合电路自修复对故障信息的要求,提出了一种基于LUT和二模冗余的故障检测方法,该方法利用LUT来存储细胞正常工作的状态,利用正常工作状态和实际工作状态的对比,来实现细胞工作状态的实时监测,从而检测细胞是否故障.该方法能够同时对多个细胞进行检测,增加故障覆盖率,减少了设计的复杂程度和硬件资源的消耗,具有很好的工程实用价值.
基于小波降噪度量的图像去雾研究
黄凤
2016, 33(7): 106-109,114.
摘要:
提出基于小波降噪度量的图像去雾方法,通过确定阈值来达到对浓雾图像小波降噪目的,对降噪后的图像数据信息进行背景和目标图像的分割,进行Harr的小波层级去雾计算,按照不同级别物体按重要级别分层级进行去雾计算,最后通过局部细节和整体纹理关联计算将浓雾图像还原,完成图像的去雾过程.通过仿真实验对基于小波降度量的图像去雾算法进行测试,从降噪效果、去雾时间和图像去雾速度三个方面进行了比较,该算法均优于传统方法,证明了该算法的有效性,并且具有比较广泛的应用价值.
基于IEEE 1500标准的IP核测试壳的设计与验证
冯燕, 陈岚, 王东, 赵新超, 彭智聪
2016, 33(7): 110-114.
摘要:
IEEE 1500标准对测试壳行为和芯核测试语言进行规定,可有效解决嵌入式IP核测试复用的问题.研究了IEEE 1500标准的测试机制,以ISCAS’89 Benchmark S349电路为例,详细设计了符合IEEE 1500标准的测试壳,并对测试壳的全部测试模式进行验证.结果表明,测试壳电路在所有指令下正确有效.实现了测试壳自动生成工具,经Benchmark电路验证,工具能正确生成符合IEEE 1500标准的测试壳电路.
基于最优移位双线性插值的图像缩放旋转硬件加速研究
丁家隆, 杜慧敏, 曹广界, 王鹏超, 杜琴琴
2016, 33(7): 115-120,124.
摘要:
针对最优双线性插值算法进行精度优化,采用ARM A9处理器软件定点实现比浮点提高13.5倍处理速度. 并提出一种高效的硬件实现结构, 在Xilinx Zedboard开发板上验证了该结构, 实验结果表明:在典型情况下可以比ARM A9软件定点实现提高9倍速度.
一种关联博弈的软件调度线性规划控制算法
刘海姣, 赵书田
2016, 33(7): 121-124.
摘要:
提出一种基于关联博弈的软件调度线性规划控制算法.分析软件内部管理和质量评估分配原则,根据正态分布特性,得到软件线性规划控制博弈系统,设计软件调度关联博弈控制算法,基于对软件编码种类和应用环境进行规划控制,得到软件关联博弈线性规划调度的目标函数,在软件关联博弈线性规划调度过程中,利用加权运算的方法,进行软件博弈用户对象软件的优化调度,完成调度资源的合理配置,实现对软件调度模型的改进设计.仿真实验进行了性能测试和验证,实验结果表明,采用该算法能有效实现软件调度的关联博弈线性规划控制,耗费的时间短,控制精度较高,用户对象对软件利用率高.
高精度SRAM端口时序参数测量电路的设计与实现
李恒, 王琴, 蒋剑飞
2016, 33(7): 125-128,132.
摘要:
对一种普通的数字时间转换器(Digital-to-Time Converter,DTC)进行了改进,能实现对输入信号延时的两级调节,一级粗调,一级精调,在SMIC 130 nm工艺下,调节范围为0~2.0 ns,调节精度达到5 ps,同时减少了一半的面积,优化了结构的非线性误差.利用改进后的DTC结构,设计了两种测量方案,分别实现了对SRAM输入端口的建立时间、保持时间及输出端口的数据读取时间的测量.仿真结果表明,该电路对SRAM各个端口时序参数测量的误差小于3.33%.
基于TSV Array的三维集成电路优化设计研究
王畑夕, 蒋剑飞, 王琴, 毛志刚
2016, 33(7): 129-132.
摘要:
通过在三维集成电路中使用TSV 阵列,分析TSV阵列对于提高可靠性的同时给时序和布局布线等带来的负面影响.基于TSV 阵列,完成三维集成电路后端流程设计和HEVC运动估计电路的三维实现.实验表明基于3×3 TSV阵列的三维集成电路,每个TSV阵列可以实现1个TSV的冗余,可靠性提高11.98%,功耗和布线上分别增加了19.6%和19.2%.
UHF/SHF单片低噪声放大器的设计
唐健, 李俊生, 王晓亮
2016, 33(7): 133-135,139.
摘要:
利用源极负反馈和共轭匹配的方法,设计出一种特高频及超高频(UHF/SHF)单片低噪声放大器,工作频带在2.65~3.45 GHz范围内,噪声系数小于1.5 dB,增益大于25 dB,带内平坦度为±0.5 dB、电压驻波比小于1.5.结果表明该低噪声放大器性能好、成本低、体积小、成品率高,能够满足现代通信技术的要求.
网络差异数据的优化挖掘模型仿真分析研究
高静, 董振华, 郭峰
2016, 33(7): 136-139.
摘要:
提出一种基于反距离插值和分布式目标识别的网络差异数据优化挖掘算法.构建网络差异数据的采集和信号预处理模型,采用反距离插值扰动搜索聚类算法进行网络差异数据的分布源方位估计,将采样数据的协方差矩阵进行时间平均和空间平均,基于分布式目标识别算法实现对网络差异数据的准确挖掘.仿真结果表明,采用该算法能有效提高对网络差异数据的分布源估计的准确性,对数据的挖掘精度较高,性能优越于传统算法.
一种多核混合分区调度算法设计与实现
郝继锋, 虞保忠, 周霆, 徐晓光
2016, 33(7): 140-144,149.
摘要:
提出了一种基于嵌入式多核虚拟机管理器的混合分区调度算法.对多核混合分区调度算法的配置、设计和实现过程进行阐述,而且,在飞思卡尔PowerPC MPC8641D硬件平台上对多核混合分区调度算法进行充分的功能测试和验证;最后,对多核混合分区调度算法的特点以及将来还需要完善的工作进行总结.
面向可维护性的软件体系结构设计
胡文生, 杨剑锋, 赵明
2016, 33(7): 145-149.
摘要:
软件产品大部分故障来源于需求阶段和设计阶段,为了提高软件系统的可维护性、在设计阶段必须采用面向可维护性的软件体系结构,而提高软件可维护性最佳解决方案是软件系统采用模块化设计.通过将UML类图转化为带权的有向图,利用Dijkstra算法计算出类图中类与类之间的关系权重系数矩阵,对关系权重系数矩阵实施聚类算法一定能将功能相似的类聚合在一起构成组件,从而实现软件系统模块化设计.
基于Poisson过程的Hadoop集群平均寿命计算方法
李佳宣, 郑晓薇, 张永
2016, 33(7): 150-153,158.
摘要:
Hadoop集群在连续长时间执行任务的过程中,集群故障会对集群造成不同程度的冲击与损害,是集群性能下降、系统故障频发的主要原因,更会导致集群平均寿命的大大缩短.为解决此问题,提出了一种基于Poisson过程的Hadoop集群平均寿命预测方法.通过预测计算,及时对集群进行调整优化,使系统性能保持在正常状态.同时在三种不同特征类型的Hadoop集群的实验中观察集群在任务执行过程中平均寿命的变化.实验结果表明,该方法能有效地判断Hadoop集群故障发生的频率,预测出集群的平均寿命,对集群性能优劣进行评价并及时对集群性能进行优化
一种可支持硬件触发机制的灵活可配 PWM IP核的设计与实现
翁崇杰, 熊晓明, 马德
2016, 33(7): 154-158.
摘要:
提出了一种具有高可配性、高实时性和较强适用性等特点的脉冲宽度调制 IP核的设计.该PWM模块不仅可支持片上系统内硬件触发反馈机制,以加强片内IP核之间的互联性,而且还提供了模块内部资源共享的实现方案.仿真验证的结果表明:此模块可支持多种输出模式,且其硬件触发的消耗时间比传统的软件触发的时间少了两倍多.因此,该模块可满足可配性高、适用性强和实时性高等设计需求,达到了设计预期的目的.
基于Cortex_A8的智能云家居Web控制系统设计
孙泽鸿, 关维国, 刘志建
2016, 33(7): 159-163,168.
摘要:
针对目前智能家居成本昂贵以及用户访问不够灵活的问题,将Arm控制器与云端服务器相结合,融入新兴的云计算技术,在Cortex_A8处理器上构建嵌入式Web服务器,设计了一种新型的智能家居控制系统.该系统基于Cortex_A8和嵌入式Linux操作系统,以Web编程(CGI)为核心技术,采用B/S架构模式,通过HTML调用CGI应用程序,用户能够在PC端或移动终端通过Web浏览器与嵌入式硬件进行交互,实现对智能家居设备状态的访问与控制.测试表明,该系统数据响应及时,运行稳定,用户访问灵活,能够以低成本满足智能家居的应用需求.
基于UVM的验证平台设计研究
王国军, 景为平
2016, 33(7): 164-168.
摘要:
提出了一种采用UVM(Universal Verification Methodology)验证方法学设计出的适合超高频RFID芯片解码系统的验证平台.该验证平台相比于传统验证平台具有重用性强、层次化合理、效率高、验证自动化等优点,且该验证平台以覆盖率驱动,显著提高了验证的效率和质量.现该验证平台已成功应用于一款超高频RFID标签芯片解码系统的设计验证,得到了期望的覆盖率,满足设计要求.