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2016年  第33卷  第5期

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高速双域乘法器设计及其应用
郑朝霞, 资义纯, 田园, 吴浩
2016, 33(5): 1-5.
摘要:
双域乘法器在椭圆曲线密码学中具有重要意义,是构成双域模乘器的重要组件.考虑到双域乘法器的关键路径主要由GF (p)域决定;因此,在传统的基4 Booth编码乘法器的基础上进行优化设计,改进部分积产生电路以及Wallace压缩电路,使其能够同时支持GF (p)域和GF (2 m)域.设计的双域乘法器在FPGA实现结果表明,双域乘法器比单独实现两个域面积减小16.9%;延时比单独的GF (p)域增加1.188 ns.将设计的双域乘法器应用到模乘器,结果表明,该设计完成一次256 bit的模乘操作比已有的在时间上节约了7.35%.
一种基于随机指令延迟的抗旁路攻击处理器结构
李红, 贺章擎, 徐元中
2016, 33(5): 6-9,14.
摘要:
提出了一种基于随机延迟的高效的抗旁路攻击处理器结构,综合采用随机指令调度、随机指令注入和随机流水段延迟技术以抵抗旁路攻击.基于ARM7处理器实现了该架构,实现结果表明本处理器比原始ARM7处理器增加了约20%的硬件面积.通过相关系数分析攻击(Correlation Power Analysis,CPA)实验证明,采用本架构的处理器具备有极高的抗旁路攻击防护能力,可以应用在USBKEY、智能卡(Smart CARD)等高安全应用场合.
基于子树重构的三维时钟树拓扑结构优化
钱晨, 王琴, 谢憬, 毛志刚
2016, 33(5): 10-14.
摘要:
传统的基于TSV的三维集成电路时钟树综合流程主要包括抽象拓扑树生成、层嵌入、布线和缓冲器插入.现有的三维时钟抽象拓扑树生成算法大多忽视了对由经典时钟拓扑树生成算法得到的抽象树结构的优化调整.对此提出了一种3D抽象拓扑树优化算法,能够调整特定子树的根节点位置从而优化抽象拓扑树结构.同时,把该优化算法整合到传统的时钟树综合流程中.仿真实验结果表明优化算法可以将三维集成电路时钟网络的总线长减小最多4.56%,而时钟延迟最多可减少14.67%.
嵌入式系统重构过程中功能构件提取技术研究
刘铁铭, 蒋烈辉, 张媛媛, 程三军
2016, 33(5): 15-21,27.
摘要:
针对嵌入式系统重构过程中遇到的功能构件提取不准确、重用率低的情况,提出了一种适合于嵌入式系统功能构件提取的工作流程.建立了符合嵌入式系统特点的构件模型,并给出了模型的形式化描述.根据构件模型,采用基于耦合度度量的聚类分析方法对固件代码的功能构件进行逐层实现和提取.提出了基于模型验证的功能构件验证方法.对比实验表明该方法极大地提高了嵌入式系统重构过程中功能构件提取的准确率,并提升了原有系统的可重用性.
基于特征点精度提纯的图像配准改进算法
刘珊珊, 李凡
2016, 33(5): 22-27.
摘要:
由于飞机抖动、噪声等不期望因素的存在,图像配准不能准确将背景一致化.针对上述问题,提出了特征点精度提纯的图像配准方法.在角点提取部分,通过控制特征点的数量和准确度降低角点冗余度;在角点匹配部分,通过去除匹配误差较大的点去除错误匹配点对;并结合分辨率的高斯金字塔降低算法复杂度.实验结果证明基于特征点精度提纯的图像配准改进算法比未进行特征点提纯的配准方法有更好的效果,且计算量降低到原来的28%左右.
高精度Sigma-Delta调制器的建模设计
尹勇生, 邓春菲, 陈红梅
2016, 33(5): 28-32.
摘要:
基于MATLAB Simulink设计实现了一款单环三阶一位量化CIFF (Cascade-of-integrators,feedforward form)结构的高精度Sigma-Delta调制器.通过对噪声传输函数和系统反馈系数进行优化,提高了调制器的稳定性;分析了开关电容电路的主要误差影响,为电路实现提供可靠的设计指导.仿真结果显示,在输入信号带宽为75 Hz,过采样率为512时,理想调制器输出SNR高达148.3 dB,ENOB为24.34 bit;考虑非理想因素时,ENOB为22.02 bit;电路级实现的调制器ENOB达20.94 bit,表明该设计可实现低信号带宽下高精度转换.
改进粒子群优化在压缩感知DOA估计中的应用
赵宏伟, 刘波, 刘恒
2016, 33(5): 33-36,41.
摘要:
以压缩感知(CS)的波达方向(DOA)估计为研究背景,针对正交匹配追踪算法用于高维信号稀疏恢复时效率低下问题,提出一种结合粒子群优化(PSO)和正交匹配追踪(OMP)的新DOA估计算法.该算法充分利用了PSO算法解决寻优问题的优势,并结合OMP算法的处理流程,具有运算时间较少、估计误差较低和适用范围广等优势.为了提高算法性能,对标准PSO算法的粒子更新机制和惯性权值等进行了改进.仿真结果证明了方法的有效性.
基于SOC的高性能存储器控制器设计
张鹏剑, 桑红石
2016, 33(5): 37-41.
摘要:
基于片上系统(SOC)和专用集成电路(ASIC)对外部存储器控制器的数据吞吐率要求越来越高,采用功能模块化的设计方法设计了一种具有较高吞吐量、良好的可配置性和多用途的存储器控制器,并详细分析了其内部结构.该控制器在SMIC 0.18 μm CMOS的工艺下,可以稳定运行在100 MHz.与公开发表的类似论文相比,该方案可支持多种不同型号不同类型的存储器等优势.目前,该控制器已应用于实验室研发的图像信息预处理SOC,该芯片在板级硬件环境中的测试结果表明该控制器具有较好的性能.
多核处理器中的超越函数协处理器设计
黄小康, 杜慧敏, 李涛, 周佳佳
2016, 33(5): 42-46,51.
摘要:
SMT-PAAG是一种专用于图形、图像及数字信号处理的多核处理器.介绍了SMT-PAAG处理器中的专用于计算超越函数的协处理器设计,包括其原理、特点、实现和验证.协处理器采用完全流水线结构,基于分段线性逼近的算法实现了一个统一了多种运算的四路算数通道,这些运算包括向量乘法、除法、平方根、点积、三角函数、幂指数及基于任意底的对数运算.最后在system verilog仿真平台上仿真通过并统计了每种运算的误差.
基于萤火虫算法的无线传感器网络移动sink节点路径规划方法
俸皓, 罗蕾, 王勇, 董荣胜
2016, 33(5): 47-51.
摘要:
为了解决通信范围建模为圆形区域且存在相互重叠的无线传感器网络中移动sink路径规划这一NP难问题,提出了一种新的基于萤火虫群的路径规划方法.首先依据问题的特性对可行解空间进行了压缩;然后为提高算法在高维解空间的搜索效率,对离群萤火虫粒子设计了变异操作并设计了个体逐维移动的方式,提高了算法的求解精度并加快了算法的收敛速度.通过仿真实验分析及与其他算法的对比,验证了该方法的有效性.
基于改进K-means算法的海量数据分析技术研究
李欢, 刘锋, 朱二周
2016, 33(5): 52-57.
摘要:
针对海量数据难处理的难题,利用Hadoop平台下的Map-Reduce模型,实施了一种改进的对海量数据进行并行处理的K-means算法.为了解决传统的K-means算法对初始聚类中心和聚类数敏感的问题,改进算法首先对海量数据进行多次采样,找出采样数据的聚类个数;其次,利用密度法找出采样数据的聚类中心;最后,将各个样本中心点归并得到原始数据的全局初始聚类中心点.通过在Hadoop集群上部署的实验结果表明,改进后的算法相比较于传统的算法具有高效、准确、可扩展以及良好的加速比等特性.
基于位流回读的VirtexⅡ内嵌BRAM的测试方法研究
阎哲, 张洪, 介百瑞, 阮爱武
2016, 33(5): 58-61.
摘要:
介绍一种采用位流回读针对VirtexⅡ内嵌BRAM的测试方法.该测试方法基于自主研发的FPGA测试平台,该测试系统能够对FPGA配置、施加测试向量、回收测试响应、并对故障进行诊断与定位,整个测试完全自动化,不需要人工干预.该测试系统的优点为设备简单、易于实现、完全自动化.在该测试系统的基础上,针对Virtex II系列FPGA内嵌核Block RAM提出了基于边界扫描和位流回读的测试方法.该方法首次将位流回读技术应用于FPGA的测试,基于位流回读的测试方法为FPGA的测试打开一个新的领域,对研究FPGA的测试方法有重要意义.
基于聚类中心优化的k-means最佳聚类数确定方法
贾瑞玉, 宋建林
2016, 33(5): 62-66,71.
摘要:
k-means聚类算法是在确定的聚类数k下对数据集进行聚类,通常凭借先验规则假定一个k值,取值具有很大主观性;此外,k-means初始聚类中心的选择一般也是随机的,这使得k-means聚类经常出现聚类指标局部最优化,聚类结果不稳定.针对以上两个问题,结合密度法改进了k-means初始聚类中心点的选择,并在此基础上提出了一种确定k-means最佳聚类数的方法.实验结果证明,该方法可以得到更好的聚类结果,具有更高的准确性、更好的稳定性以及更优的收敛性.
一种优化高斯粒子滤波的载波频偏估计算法
焦玲, 蒋磊, 许华, 童骞, 何启亮
2016, 33(5): 67-71.
摘要:
针对单载波频域均衡系统中载波频偏估计问题,建立非线性状态空间模型,提出Unscented高斯粒子滤波(UGPF)频偏估计算法.在时间更新中,利用高斯粒子滤波(GPF)对待估状态变量的状态后验及预测概率分布进行高斯近似,压缩重采样处理环节,能有效缓解粒子退化对滤波性能影响;量测更新中,引入Unscented卡尔曼构造重要密度函数,融合最新观测值对粒子样本进行修正,优化滤波算法性能.仿真结果表明,该算法较最大似然(ML)、标准粒子滤波(SPF)及高斯粒子滤波算法具有更高的估计精度与更快的收敛速度,在非高斯噪声条件下仍具有较好的频偏跟踪性能.
基于过零检测的TIADC时钟失配校准算法
王晓蕾, 王玉莹, 陈红梅, 尹勇生
2016, 33(5): 72-75,79.
摘要:
针对时间交织模数转换器(Time-Interleaved Analog-to-Digital Converter,TIADC)的时钟失配设计了一种基于过零检测的后台校准算法.该算法通过比较通道间采样值过零的个数判断时钟误差的大小,再利用提取到的误差大小控制可变延时的延时大小对时钟误差进行校正.通过MATLAB建立8位五通道TIADC为模型对算法进行验证,当fin/fs=0.461时,仿真结果表明,经本算法校准后ENOB从5.16位提升到7.88位,SNR从32.8 dB提高到了49.4 dB,从而验证了该校准算法的正确性和有效性.此外,该校准算法对输入信号的频率没有严格的要求,且可以扩展到任意通道数.
一种基于局部结构保持的数据降维方法
张琳
2016, 33(5): 76-79.
摘要:
针对传统线性回归方法进行数据降维,不能很好地利用数据间几何结构的问题,提出了一种基于局部结构保持的数据降维方法.利用非负约束下的最小二乘构造关系图,从而描述局部近邻几何信息.在将全局结构信息与局部结构信息整合时,设计了一种新的模型选择方法用于模型参数估计,极大地减少了计算量.在公测库ORL、YaleB、USPS、20Newgroup、Isolet上的实验结果表明,该方法用于数据分类时优于ULD、OLDA和NPE等方法.
一种传感器故障诊断的无中心自组织算法
王世强, 邢建春, 李决龙, 杨启亮
2016, 33(5): 80-84.
摘要:
基于无中心智能控制系统,提出了传感器故障诊断的无中心自组织算法.以系统出现故障的传感器数目总是少数为假设条件,通过物理基本原理建立约束方程,利用各相邻节点的等式和不等式约束,通过假设检验,投票统计来对传感器故障进行诊断.与传统的集中式和分布式算法不同,该算法无需构建中心节点,不必增加硬件或时序冗余,因而不局限于时空相似性判定.通过大量仿真实验,验证了该算法对单个或多个传感器故障均能做出正确的判定.
一种改进算法的低功耗嵌入式系统代码压缩设计
张瑞峰, 马文杰
2016, 33(5): 85-88.
摘要:
采用一种代码压缩的方法来降低嵌入式系统的功耗.在分析指令的特性后对目标代码进行指令合并和指令分割,运用范式Huffman算法对处理后的指令进行编码生成索引查找表.最后,通过查找表中索引字和指令的对应关系完成目标代码的压缩和解压缩.实验使用simplescalar模拟器对部分嵌入式基准测试程序进行压缩,用代码压缩率和功耗减少率进行评估,统计数据表明提出的改进算法可有效节省存储空间、降低系统功耗.
基于多特征Mean-Shift的灵巧弹药末制导跟踪算法
聂振钢, 孙协昌, 梁银川
2016, 33(5): 89-91,96.
摘要:
针对灵巧弹药在复杂背景下跟踪目标的问题,将跟踪目标颜色信息和边缘信息进行融合,提出了一种基于多特征的Mean-Shift跟踪算法,从而解决了复杂背景下跟踪目标的鲁棒性问题.应用色差空间表示跟踪目标的颜色信息,同时引入边缘信息表示跟踪目标的纹理信息,从而可以有效解决复杂背景下Mean Shift跟踪鲁棒性问题.应用色差空间代替色调空间,并用反映射方法求解加权值,从而节省了运算复杂度,满足实时性要求.实验结果表明,改进算法跟踪性能较经典Mean Shift法具有明显提高,满足工程应用需求.
自适应神经模糊算法在光伏MPPT中的仿真分析
荣德生, 刘凤
2016, 33(5): 92-96.
摘要:
针对神经网络算法和模糊控制算法在光伏发电最大功率点跟踪应用中存在的不足,提出一种自适应神经模糊控制算法,它是模糊控制与神经网络控制相结合的产物,无须专家经验,依赖数据建模,能自动产生模糊控制规则和调整隶属度函数.利用MATLAB/SIMULINK软件和MATLAB专用工具箱搭建了仿真模型.在相同环境条件下,分别对自适应神经模糊控制法、模糊控制法和传统扰动观察法进行仿真实验,仿真结果表明了所设计控制器在光伏MPPT中具有很好的动态特性和稳态精度,提高了工作效率.
基于异构多核嵌入式平台的视频监控系统
尹雷, 卿粼波, 滕奇志, 付雄
2016, 33(5): 97-101.
摘要:
针对传统DSP对视频数据处理能力的不足,以TI公司开发的多核异构处理器TMS320DM8168为核心,设计了一套嵌入式视频监控系统,对视频处理通路做了详细介绍,提出了一种在DSP核心中动态切换算法的方案,并针对智能监控实现了摄像头遮挡检测与移动侦测应用.
布谷鸟搜索算法优化特征和分类器参数的人体行为识别
马伟
2016, 33(5): 102-105,110.
摘要:
特征和分类器参数都影响着行为识别的准确性和效率,为了获得更加理想的人体行为识别结果,提出一种布谷鸟搜索算法优化特征和分类器参数的行为识别模型(CS-RVM).首先提取人体行为特征,并对进行归一化处理,然后采用相关向量机建立人体行为识别的分类器,并确定核函参数的取值范围,最后采用布谷鸟搜索算法对人体行为特征和人体行为识别分类器参数进行优化,仿真实验结明,CS-RVM可以快速找到人体行为特征和人体行为识别分类器参数,提高了人体行为识别的正确率,而且识别效率也要优于对比模型.
基于虚拟化的云中心性能分析
刘晓东, 王淼
2016, 33(5): 106-110.
摘要:
云计算是一种按需提供服务的新范式,利用虚拟化技术,多个虚拟机可以运行在同一物理服务器上.针对多个虚拟机共享同一底层物理资源这一云特征,提出一种面向基于虚拟化技术的云中心性能分析模型,该模型考虑了云中心资源共享这一特点,并将服务请求划分为多个子任务,这与云中心服务特征更加吻合.通过求解该模型,可以获取阻塞概率、服务响应时间等一些性能参数.
基于CMGA的SoC测试多目标优化研究
谈恩民, 琚兆学
2016, 33(5): 111-114.
摘要:
针对传统群体智能算法在解决SoC测试多目标优化问题上存在的缺陷,将改进的Tent混沌映射引入到多目标遗传算法中.建立以测试时间和测试功耗为目标的优化模型,在测试访问机制合理划分基础上,利用算法对该数学模型进行求解.选取典型的ITC’02基准电路为验证对象,实验结果表明此算法的实用性和优越性.
基于优化SVM模型的网络负面信息分类方法研究
郑金芳, 刘远超
2016, 33(5): 115-118,123.
摘要:
提出一种基于优化SVM模型的网络负面信息分类方法.该方法根据SVM建立的网络负面信息分类模型,针对模型中相关参数难以确定的问题,利用人工鱼群算法对SVM进行优化,利用优化的SVM模型对网络负面信息进行分类,实现对网络负面信息分类.实验结果表明,利用改进算法进行网络负面信息分类,能够提高网络负面信息分类的准确性和实时性,效果令人满意.
基于MapReduce和矩阵的频繁项集挖掘算法
周国军, 龚榆桐
2016, 33(5): 119-123.
摘要:
为了能高效地从大数据集中挖掘所有频繁项集,提出了一种基于MapReduce和矩阵的频繁项集挖掘算法.该算法将事务数据库转化为矩阵,按照垂直划分方法将矩阵分解成多个规模相同的子矩阵,根据MapReduce模型将子矩阵分配给计算机集群的节点,各节点并行对子矩阵计算候选项集的支持度.该算法在执行过程中产生的通信量较少,实现了节点计算任务的负载平衡.在Hadoop平台上测试了算法的性能,实验结果表明该算法具有较好的加速比和可扩展性,适合对大数据集挖掘频繁项集.
基于EHW和双机热备技术的故障自修复电路系统设计
张峻宾, 蔡金燕, 孟亚峰, 许杰, 孙也尊
2016, 33(5): 124-126,132.
摘要:
在充分利用EHW技术的自组织、自适应及自修复优点的基础之上,权衡传统冗余容错技术的可靠性和硬件资源消耗等指标,提出了EHW与双机热备技术相结合的故障自修复电路系统.对电路系统的模型进行了设计,对故障自修复流程进行了深入分析.基于EHW和双机热备技术的故障自修复电路系统具有重要的工程应用价值.
基于四叉树包围球和屏幕误差的LOD算法
王倩, 高保禄, 高锐军, 阴桂梅
2016, 33(5): 127-132.
摘要:
针对大规模地形数据庞大、帧速低的问题,提出一种基于四叉树包围球和屏幕误差的LOD算法.该算法对地形进行分块编号,实现部分地形读取;预处理阶段对分块地形构造包围球,减少数据存储量和实时阶段计算量.实时绘制阶段,依据基于投影和包围球的视锥裁剪方法实时调入可见地形块,结合四叉树结构建立基于包围球屏幕误差的LOD模型,实现大规模地形的实时绘制.实验表明该方法可提高帧速率,保证大规模地形绘制的流畅性和实时性.
基于K均值的软件测试集用例约简算法研究
高丑光, 林都, 鲜浩
2016, 33(5): 133-136,141.
摘要:
本文提出了一种基于模糊K均值的软件测试集用例约简算法,尽可能的发现相似的用例,旨在进行最大化的精简.实验结果表明,此算法能够最小化约简用例集,并且对比分析其他算法,用例集覆盖范围最广泛,错误率检测较高.
基于改进PSO的盲源分离与重力固体潮信号分析
李巧燕, 全海燕
2016, 33(5): 137-141.
摘要:
提出一种改进粒子群优化算法来优化独立分量分析中的目标函数.改进的粒子群优化算法通过将粒子进行分类,使得不同种类粒子可以根据自身特点进行寻优,这就保证了粒子具有一定的自适应能力,使得粒子可以跳出局部最优.同时,改进算法中加入的随机速度可以进一步确保粒子能够跳出局部最优,快速找到最优粒子.提出的算法,提高了算法的收敛速度及盲源分离效果.同时,由实验结果可知,此改进算法可将重力固体潮信号分解为相互独立的信号分量,具有一定的应用研究价值.
基于功能细分的硅通孔容错方法
杜高明, 曹舒婷, 张多利, 宋宇鲲, 高明伦
2016, 33(5): 142-146,152.
摘要:
硅通孔(Through Silicon Via,TSV)技术是现今主流的三维芯片上下层互联技术之一.将从三维片上网络(Network on Chip,NoC)垂直通道的功能细分入手:按照TSV重要性的不同划分成组,对不同的TSV组配置不同的冗余配置比.在现有的"包-连接电路"(PCC)平台上完成的实验显示,该冗余容错方案保证了在TSV总数达到十万量级时,成品率依然高达99.999 99%的同时,面积开销与非功能细分方案相比优化了35%以上.
一种WSN簇头更换过程中的信息转移方法
苑津莎, 张路路, 赵曼
2016, 33(5): 147-152.
摘要:
提出簇ID的概念,在此基础上提出了一种簇头更换过程中将路由信息、密钥信息转移到下一个簇头节点的方法.利用簇ID通信时,可以直接发送数据包给下一跳节点内的簇ID,避免了查询簇头的繁琐过程,使簇头转移过程简化.根据现有簇头与簇头之间的簇间密钥,应用Diffie-Hellman算法生成新簇头节点间密钥,最后运用BAN逻辑的形式化分析方法,对该协议的安全性进行了证明.
多核密码处理器数据缓存机制研究
陈晓钢, 李伟, 徐金甫
2016, 33(5): 153-156,160.
摘要:
对多核密码处理器的数据缓存特点进行了研究,提出了一种基于双RAM与硬件队列的多核密码处理器数据缓存机制,并设计了相应的多核数据分配控制器.最后与现有的数据缓存方式在多核密码处理器中的应用性能进行了对比,结果证明提出的多核数据缓存机制具有更高的吞吐率与核心利用率,从而提高了多核密码处理性能.
基于活性因子激励的仓储系统温湿度监测方法
李宏升
2016, 33(5): 157-160.
摘要:
对嵌入式仓储系统温湿度进行监测可以保证仓储系统稳定运行,改善仓储环境的基础条件.传统的仓储系统温湿度监测方法无法有效获取电路静态功耗的变化特征,导致监测过程耗能过大、电压升高,增加了嵌入式仓储系统温湿度检测电路的负荷.提出基于活性因子激励的嵌入式仓储系统温湿度监测方法.通过分析嵌入式系统的功耗消耗形成机制,设计嵌入式仓储温湿度监测系统功耗测量GPRS连接电路图,并引入活性因子激励方法,测量系统电路的静态功耗,根据电路中每条路径时序信息,对嵌入式系统的双阈值电压分配,减小了嵌入式仓储系统温湿度监测电路的供电电压,由此实现嵌入式仓储系统温湿度的监测的改进.实验结果表明,采用该监测方法,能实时有效实现嵌入式设计的仓储系统温湿度监测,准确性较高,稳定性好.