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2018年  第35卷  第1期

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一种改进的基于故障分析的逻辑加密算法
黄一鸣, 冯建华, 张小飞
2018, 35(1): 1-5,9.
摘要:
为了保护IC设计人员的知识产权,本文提出了一种改进的基于故障分析的逻辑加密算法,选择多路选择器作为密钥门电路,并根据其工作特性改善原有的故障分析算法.采用本方法加密后的电路与原电路输出相比可以实现更好的汉明距离.而且,与原故障分析方法相比,该方法只需采用更少的密钥门即可实现目标汉明距离.
基于多阈值的闪存磨损均衡算法
拓晶, 唐磊
2018, 35(1): 6-9.
摘要:
NAND Flash专用文件系统Yaffs2在磨损均衡算法方面仍存在缺陷,通过详细分析Yaffs2中磨损均衡算法的实现原理,综合考虑磨损均衡与垃圾回收的矛盾关系,提出了一种基于多阈值的磨损均衡机制(属于静态磨损均衡算法),利用三个关键技术:(1)改进回收块选择机制,选择公式(1)的计算结果落入目标区间中的所有块中擦除次数最大的块进行回收;(2)利用有序双向链表管理空闲块,分配当前链表中擦除次数最小的块给新写入的数据,而将擦除擦除次数最大的块分配给静态数据;(3)针对磨损均衡的两级分化引入冷热数据分离策略.实验结果表明,在仅付出4.05%的额外擦除代价下,将NAND Flash的寿命延长了近4倍.
一种低功耗MCU待机电路的实现方法
杨紫薇, 袁甲, 乔树山
2018, 35(1): 10-14,20.
摘要:
低功耗MCU的待机模式要求具有极低的功耗电流以及灵活的内部唤醒机制.本文提出了自设计标准单元库,通过标准数字流程设计待机电路的方法,并同时对处于常开状态的功耗管理单元(PMU)进行了优化.本设计中的待机电路通过后端流程及仿真验证,达到了设计要求,并有较为理想的功耗表现.
GF(2m)域上的低功耗可配置ECC点乘算法ASIC设计实现
车光宁, 张钊锋
2018, 35(1): 15-20.
摘要:
针对射频识别(RFID)和无线传感网(WSN)等领域的高安全、低功耗、轻量化和可拓展等应用需求,设计一种GF (2m)域上实现的椭圆曲线标量乘法电路.通过对椭圆曲线标量乘法整体架构实现进行逐层分级优化改进,尤其对标量乘核心模块——模乘和模逆进行了低功耗设计改进.经过Xilinx FPGA工具仿真和Synopsys Design Compiler工具验证,该椭圆曲线标量乘法架构灵活可拓展,GF (2163)域上一次点乘运算仅需要138 k个时钟周期并且在TSMC 0.13 μm工艺下等效面积仅为11.9 k,相比较同类设计,面积和执行速度都有着效果显著的优势,可以胜任像RFID以及WSN一样资源受限的应用场合使用.
基于改进烟花算法的SVM特征选择和参数优化
沈永良, 宋杰, 万志超
2018, 35(1): 21-25.
摘要:
本文提出了一种改进的基于烟花算法的SVM特征选择和参数优化算法.该算法针对特征选择问题的0-1特性,使用二进制编码的烟花算法,采用基于RBF核函数的SVM,在选取尽可能少的特征数目的同时提高了分类准确率.通过UCI数据仿真,对比结果表明:该方法避免了过早成熟而陷入局部最优的问题,可有效地找出合适的特征子集及SVM参数,并取得较好的分类效果.
基于PCIE非透明桥的嵌入式异构平台设计
徐健, 张建泉, 张健
2018, 35(1): 26-30.
摘要:
PCI Express (PCIE)总线因其具有传输带宽高、全新的点点互连架构和对PCI总线高度兼容等优点已在计算机平台中获得广泛应用.在通过PCIE桥接两个以上处理器系统的场合,PCIE非透明桥(NTB)有效地隔离的桥两端系统的PCIE总线域,防止桥两端寻址冲突.本文使用PCIE交换芯片(PCIE Switch)以非透明桥的方式连接CPU和双GPU,搭建高性能嵌入式异构计算平台.在软件层设计上,本文基于Linux操作系统,完成了PCIE总线驱动和PCIE Switch的驱动设计,实现了多个Root之间的高速通信.
基于G.726的语音无线采集芯片发射机基带电路设计
张昕源, 高绍全, 姜汉钧, 王志华
2018, 35(1): 31-35,40.
摘要:
针对语音信号无线采集应用,设计了语音无线采集专用系统芯片(SoC)的发射机基带电路,包括基于G.726算法的语音压缩编码电路和高能效的自定义协议通信成帧、调制与控制电路.语音压缩编码电路采用硬件复用、正则有符号数(CSD)编码等技术有效减小了芯片面积,通信控制电路采用休眠控制技术降低整体发射能耗.经客观音质评价算法(PESQ)验证,语音编码电路的客观平均意见值(MOS)评分在4.0分以上,满足应用需求.所设计的语音无线采集发射机基带电路采用UMC 0.18 μm CMOS工艺实现,该部分电路面积为0.83 mm2.目前该电路已经在整个SoC芯片中流片.
融合类无标度粒子群算法的图像检索研究
靳雁霞, 薛丹, 张鑫, 李伟楠
2018, 35(1): 36-40.
摘要:
提出一种融合类无标度网的禁忌粒子群(ST-PSO)算法,并用其优化改进后的图像检索相关反馈过程.该方法通过融合类无标度网的禁忌粒子群算法优化反馈过程,并根据用户的反馈信息引入分辨率来动态调整特征权重以及查询向量.通过实验验证了该方法能够增加粒子种群多样性,避免早熟收敛,增强粒子跳出局部最优解的能力,并且可以检索到更加符合用户需求的图片,有效地提高了检索效率和检索精度.
一种用于植入式眼压检测芯片的低功耗模拟前端电路
陈铖颖, 陈黎明, 张锋
2018, 35(1): 41-45.
摘要:
面向植入式、高精度、实时眼压检测应用,本文提出了一种低功耗的模拟前端电路结构.模拟前端主要包括全集成、亚阈值前端放大器以及10 bit,20 kS/s低功耗逐次逼近模数转换器两部分.前端放大器采用亚阈值区晶体管实现GΩ级别的伪电阻,在反馈回路中该伪电阻与反馈电容并联产生高通截止点以抑制直流失调电压和低频噪声.逐次逼近模数转换器采用电荷分布型数模转换器结构,经过功耗优化,实现了性能和功耗的良好折中.电路采用SMIC 0.18 μm 1P6M工艺进行实现,后仿真结果表明,电源电压为1.8 V时,在20 kS/s时钟频率下,整体模拟前端信噪失真比为58.3 dB,有效位数可达9.4 bit,平均功耗仅为76 μW.
基于多示例学习的时序离群点检测算法研究
钱景辉, 卢屹韦
2018, 35(1): 46-49,55.
摘要:
在FIndCBLOf算法的基础上,提出了一种基于多示例学习的FindCBLOF离群点检测算法(MIL-FindCBLof)用于时序离群点检测.算法首先对数据进行分段聚集,再利用多示例框架,封装每个对象,以此保留每个对象的属性,然后采用全局策略计算对象的因子数值,最后通过计算平均因子来确定离群序列.在实际企业的实时采集监控系统中,将MIL-FindCBLof算法与其它经典离群点检测算法进行实验对比,结果表明本文提出的MIL-FindCBLof算法相对其它算法提高了检测的全面性和准确性.
基于分数阶与NCTGV的图像放大新模型
谢斌, 刘壮, 丁成军
2018, 35(1): 50-55.
摘要:
针对传统全变分在图像放大时容易产生"阶梯效应"与边缘模糊等问题,在此基础上考虑到非凸二阶总广义变分在抑制"阶梯效应"以及分数阶在保护图像细节信息的特性,提出了基于纹理分解的分数阶非凸二阶总广义变分图像放大模型.新模型将低分辨率图像分解为卡通与纹理两个部分,卡通部分为原始图像的平坦区域,使用传统全变分易产生"阶梯效应",因此对卡通部分采用非凸二阶总广义变分模型处理.针对图像细节信息较多的纹理部分,采用分数阶变分模型处理,可更好的完善图像细节信息.对所提出的新模型,采用原始对偶与Chambolle投影算法进行数值求解.数值数值实验结果表明文中所提的新模型在峰值信噪比与均方误差均等指标有明显的提升.
旅行商问题的一种高效近似算法及其排考应用
袁志
2018, 35(1): 56-60.
摘要:
要为解决现实应用中的类似于小规模旅行商问题的组合优化问题,提出了一种新的近似算法——群体竞争搜索算法(PCS).使用了一种新的局部搜索算子2e/1p-opt,并按照"搜索-选优-变异-搜索"的迭代策略设计了群体竞争搜索算法.与CLK算法进行了比较,对于280城市以下的旅行商问题,在计算速度和计算结果两方面都有较好表现.将高校排考中的场次排序优化问题转化为TSP并用算法求解,能在1秒内得到大幅改进的结果.
基于文化基因算法的多目标云任务调度研究
郝晓弘, 韩于芳, 晏燕
2018, 35(1): 61-65,71.
摘要:
提出了基于禁忌搜索算法的文化基因算法,从而提高整个云环境的执行效率.最后在CloudSim模拟仿真平台上,将其与基于遗传算法和基于爬山算法的文化基因算法进行了比较,从而对基于禁忌搜索算法的文化基因算法的可行性和有效性进行实验验证.
基于LLVM架构的图像处理程序的并行分类
王时雨, 张盛兵, 安建峰, 黄小平, 白弘猷
2018, 35(1): 66-71.
摘要:
设计了一种针对图像处理类应用程序的并行性分类的方法,并使用工具初步实现了对程序的分类.还研究了图像处理算法的并行性.通过对图像处理算法的主要特征进行分析,得出图像处理算法包含多种并行特征的结论,分别从图像处理程序的混合结构的模型,以及程序中的依赖关系和并行特征两方面进行了分析.结合对程序的分类方式,使用LLVM编译架构初步实现了自动对程序中的程序段进行识别其中的分类模式.
移动电源用数字化双向DC/DC变换器的研究与实现
吴杰, 林栋, 高科
2018, 35(1): 72-78,85.
摘要:
以移动电源为应用背景,研究了一种以Buck/Boost作为拓扑结构的数字化双向DC/DC变换器.分析了双向Buck/Boost变换器不同工作模式下的的工作原理和控制方式,研究了影响数字控制系统控制性能的关键参数和数字控制算法的实现方法.最后,以dsPIC33为控制核心设计了一台功率为45 W的实验样机以验证设计的正确性.实验结果证明,系统能良好实现恒压恒流充电和能量双向流动的自由切换.
分离式弹载图像采集系统设计
王晓楠, 王代华, 高阳
2018, 35(1): 79-85.
摘要:
导弹飞行试验中,弹载图像采集系统随弹钻入地下导致回收困难,针对这一现状,提出了一种图像采集与数据存储分离的设计方案.从系统的设计思路、工作流程及硬件结构出发,利用LVDS总线信号传输时速度快、噪声小、误码率低等特点,解决了图像信号在高噪声、高振动等恶劣环境下长距离可靠性传输的问题.经试验验证,高振动环境下该系统工作性能稳定,在10m的传输距离内采集的图像清晰可辨.所提设计方案为弹载图像采集工作提供了参考.
时序模型提取中复杂单元拓扑结构识别的实现研究
段芬, 金湘亮
2018, 35(1): 86-90,95.
摘要:
基于NanoTime对不同复杂D触发器和多米诺机构采取不同的处理方式,解决了单元拓扑结果识别错误的问题.结合一个单元的实际案例进行仿真验证,结果显示基于所述的处理方式可以提取出有效的单元时序模型.目前相应的设计已投入流片,成功应用于实际工程应用中,这也说明其具有可靠的实际应用价值,对工程应用设计具有重要意义.
基于核函数的在线序列ELM算法的姿态识别
韩莹, 张浩, 刘健, 陈立平
2018, 35(1): 91-95.
摘要:
姿态识别是许多应用的基础(医学、运动、游戏、安全).传统的识别算法采用批学习的方式去训练网络,但是数据量庞大且数据不会一次性获取,这会导致这类算法花费大量的学习时间且网络权重也不能在线更新.对此利用一种基于核函数的在线序列极限学习机OS-KELM (Online Sequential Kernel Extreme Learning Machine)算法实现人体姿态的分类识别.为降低学习难度和提高学习效率,使用了基于Fisher准则和特征聚类的方法进行特征选择.用手机的三轴加速度计和陀螺仪数据识别人走路、下楼、上楼、站立、坐和躺下的姿态,平均识别精度达到91.89%.
基于混沌序列的压缩感知语音增强算法
隋昊, 周萍, 沈昊, 杨青
2018, 35(1): 96-99,105.
摘要:
利用语音在离散余弦变换域下的稀疏性,提出一种将混沌序列和符号函数相结合的观测矩阵,该观测矩阵具有良好的伪随机性,实现了确定性和随机性的统一.首先将带噪的语音信号在DCT域进行稀疏,然后利用提出的观测矩阵进行观测,以保留大部分语音特性,最后在原有重构算法基础上改进重构算法,以加快重构速度.此算法可以使重构语音信号的可懂度和清晰度得到大幅提升,实现了语音增强.
基于轻核阵列机的FFT算法并行化研究与实现
常立博, 王时雨
2018, 35(1): 100-105.
摘要:
目前普遍采用基于流水的单路径延时反馈结构,或基于存储结构实现快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT).前一种结构效率高但缺乏灵活性,而后一种结构通用性较好但性能较差.首先提出了一种FFT并行实现的算法,然后在并行图形阵列机(Parallel Array Architecture for Graphics,PAAG)平台上实现了基2时间抽取的FFT (Decimation-In-Timer FFT,DIT-FFT)算法;最后将长度为512的DIT-FFT算法分别映射到1个PE、4个PE、8个PE和16个PE上实现.分析实验结果显示:随着PE个数的增加,加速比呈曲线上升的趋势;但随着PE个数的不断增加,算法执行速度增长开始变得缓慢,当映射到8个PE上时,最大加速比可以达到5.98.
基于TDMA的无线Ad Hoc网络MAC协议研究
朱全继, 慕福奇, 冷永清
2018, 35(1): 106-109,114.
摘要:
提出了一种基于TDMA的多信道MAC协议,采用动态变更子帧长度、控制信道与数据信道时域重合方式,尽可能提高时隙资源利用率,采用协商机制,有效降低分组冲突,保证网络吞吐量、时延等性能指标.在OPNET仿真平台中建模,该协议在网络负载较高时,仍然可以保证分组传输成功率和较低的时延,为Ad hoc网络的设计提供参考.
机载嵌入式设备中故障管理机制的研究与实现
陈宁, 李向东, 赵根学
2018, 35(1): 110-114.
摘要:
介绍了一种新的机载嵌入式设备故障检测和故障记录的管理机制.以符合ARINC653标准的国产实时操作系统天脉2和PowerPC系列处理器为软硬件平台,对故障码动态注册、故障检测、故障记录和故障回放的运行机制进行详细阐述,并设计了以中断功能和看门狗功能部件为例的工程实例.实例结果表明,该机制高效灵活,且移植性良好,对提高机载系统的安全性有较大的意义.
基于UVM的DBF系统模块级可重用验证平台的实现
邓庆勇, 朱鹏, 习建博
2018, 35(1): 115-117,123.
摘要:
针对雷达系统中FPGA验证系统搭工作量大,验证覆盖率低等现存问题,基于FPGA+DSP结构中FPGA模块结构的特点,采用UVM (通用验证方法学)搭建通用模块的验证平台,大大提高验证平台重用性、验证覆盖率和验证效率.最后,以多路复用分数延迟滤波器模块为例,编写测试激励和参考模型,实现对多路复用分数延迟滤波器的快速验证.
基于嵌入式索引的水文时间序列预测模型
周金玉, 万定生, 肖艳
2018, 35(1): 118-123.
摘要:
提出了基于嵌入式索引的相似性搜索和LM算法改进的双隐含层BP神经网络的水文时间序列预测模型.利用相似性搜索从大量的历史数据中挖掘出相似的信息,去除掉历史数据中的冗余和错误信息,从而减少训练集的数量,提高预测准确性.
一种新型跟踪式逐次逼近模数转换器
于宝亮, 冯海刚
2018, 35(1): 124-127,132.
摘要:
为了降低功耗和复杂度,采用复用量化器结构,而不需要传统结构中的减法和数模转换器模块(DAC),实现一低功耗简单的跟踪式模数转换器.量化器采用8 bit电容单调式切换的逐次逼近模数转换器(SAR ADC).另外为了进一步提高效率,SAR ADC中的比较器采用时间域比较器实现.经过在90 nm CMOS工艺下仿真验证,设计的ADC采样速度16 MHz,8倍过采样率(OSR).经过数字滤波处理,输入信号频率为227 kHz时,可以实现59.6 dB的信噪失真比(SNDR),功耗28.5 μW,品质因数(FOM)18.4 fJ/step.另外,由于转换过程主要在数字域实现,这种ADC便于移植到更先进的工艺,并获得更好的效率.
面向钻井大数据的数据集成及分析系统的设计与实现
刘胜娃, 苏兴华, 詹胜, 高翔
2018, 35(1): 128-132.
摘要:
长庆钻井公司经历了多年的信息化建设,积累了大量的钻井相关数据,形成了钻井大数据的研究基础.但是长期的分散建设,让海量的数据分布在不同的异构数据源中,难以实现相关数据的综合分析.针对此实际问题,提出了钻井大数据的数据集成及分析系统的设计实现方案,本系统参照本领域的知识,应用kettle数据集成工具建立了新的数据仓库,并利用final report业务智能工具实现了钻井大数据的按需组织视图,多视角灵活展现,为用户决策提供了强有力的数据支持.
基于GCC插件的堆栈保护技术研究
王亚刚, 曹耀彬, 王萌
2018, 35(1): 133-136.
摘要:
缓冲区溢出攻击是计算机中最主要的漏洞之一,在所有的缓冲区溢出中主要攻击的区域是程序的堆栈,为了改进GCC编译器对于基于字节猜测的堆栈溢出防护的不足,在GCC提供的最新插件基础上,提出了一种堆栈保护增强插件,并将其作为GCC编译器后端的一个编译优化过程.实验结果表明,新增的编译优化遍,在一定程度上增加了攻击者对canary暴力破解的难度,有效地缓解了GCC编译器堆栈防护的不足.