基于门控时钟的片上网络路由单元低功耗设计

NoC（Network-on-Chip）已经逐渐代替片上总线互连,成为片上系统的解决方案,然而迅速增长的功耗将阻碍NoC的性能与发展.从NoC的核心部件路由单元入手,在研究了二维Mesh下片上网络路由单元的结构和门控时钟技术的基础上,对路由单元功耗最集中的输入端口采用了模块级门控时钟技术进行低功耗设计,通过利用软件判断控制门控使能信号来实现受控端口时钟的通断.在ModelSim SE PLUS 6.0环境下进行路由单元功能仿真,并通过Synopsys公司的Design Compiler工具给出综合结果,路由单元工作频率200MHz,动态功耗51.0457mW,降低了11.38%.     

基于S3C2440A的低功耗网络故障诊断设备的硬件设计

在野外环境中,通过网络故障诊断设备对丧失网络功能的设备进行故障检测,但由于野外客观条件的限制,网络故障诊断设备采用电池供电方式,因此在设计中需要延长电池使用时间保障设备正常运行．针对采用S3C2440A处理器的网络故障诊断设备,在设计中融入低功耗的思想,在不影响其正常工作的前提下,采用了分模块供电、动态切换CPU工作模式等措施来降低设备的功耗,使设备的总体功耗大大降低,延长了网络故障诊断设备工作时间．     

基于BP神经网络的处理器节能技术研究

研究芯片功耗中动态功耗部分,针对传统动态节能技术动态电压与频率调节（dynamic voltage and frequency scaling,DVFS）技术未能考虑预测CPU未来阶段行为的不足,提出BP-DVFS节能策略。为了提高下一阶段CPU利用率的预测准确性,更准确地对CPU进行动态调频进而降低其运行功耗。构建了一种FPU-CPU（forward predict utilization CPU）模型。模型假设下一时间段CPU利用率与CPU运行资源有关的事件特征量存在非线性函数关系,从处理器运行时环境出发提取出与CPU资源紧密相关的5个特征量进行度量,采用BP神经网络进行拟合训练。用训练后得到的神经网络预测CPU下一阶段的利用率,进行CPU处理不同类型任务程序的功耗仿真实验。并在相同实验条件下与常用的3种CPU调频策略实验结果进行对比。实验结果表明,在CPU处理不同类型任务程序时,采用BP-DVFS策略进行调频的CPU功耗都低于其他3种策略进行调频的CPU功耗。通过实验验证,本文提出的方法提高了预测CPU利用率的准确度,降低了CPU运行时功耗。同时验证了假设的合理性与有效性以及此方法实现CPU低功耗运行是有效的。     

256MHz采样71dB动态范围连续时间ΣΔADC设计

宽带连续时间ΣΔ型数模转换器大量用于无线通信领域.设计了采用三阶4bit连续时间调制器架构.为降低时钟抖动的影响,采用不归零数模转换器反馈脉冲,通过引入半个时钟周期延时来改善环路异步问题,以补偿环路延时对性能的影响.还从电路、算法和版图方面来降低反馈数模转换器失配的影响.由于米勒补偿增加了电容而增大功耗,因此这里采用前馈补偿技术,设计了一款低功耗、高速的运算放大器.最后基于0.13μm工艺,在256MHz采样频率、1.2V电源电压下,在8MHz带宽内信噪失真比达到62.5dB和71dB动态范围,功耗为15mW.     

集成电路功耗优化技术综述

数字电路的低功耗设计主要分为动态功耗优化和静态功耗优化两类.对这两类方法分别进行了探讨,介绍了现存的典型算法,分析了目前功耗优化的热点问题,如微处理器设计、动态电源管理和动态电压调整等,指出了当前仍需要解决的问题.     

多比特量化的音频DAC中模拟电路的设计

设计了一个高精度、低功耗音频Σ Δ数模转换器（DAC）中的模拟部分电路.该DAC采用4 bit量化,不仅增强了调制器的稳定性,减小了功耗和占用面积,而且降低了系统对后端低通滤波器的要求.讨论了电路各模块的实现方法,并详述了开关电容、带隙基准源等产生非线性的关键模块的设计技术.基于SMIC 0.18 μm混合信号CMOS工艺进行了流片验证,测试结果表明：芯片最大信噪失真比达89 dB,动态范围为96 dB,总功耗为19.1 mW,其中不含缓冲器的功耗仅9.1 mW,样片良率为90%,实现了高精度、低功耗的性能.     

在i.MX51芯片上降低系统功耗的一种方法

i.MX51芯片是一种小型低功耗的CPU芯片,用在许多移动设备上。在发热和功耗方面都有不俗的表现,但是在有些情况下这还远远不够。文中详细讨论了CPU功耗与系统时钟的关系,采用轻量级嵌入式操作系统ECOS,对时间片调度和实时时钟系统进行了修改。即在ECOS的配置文件中关闭时间片调度机制,然后延长实时时钟的中断间隔,这样就不需要计算时间片,实时时钟的中断也不必以很高的频率产生,从而降低系统在空闲时的功耗。调度器不用定时运行,也可以节省系统功耗,使得系统在Idle状态下不被实时时钟的中断唤醒,从而大大降低系统的功耗。文中给出了实验数据:关闭时间片调度、延长实时时钟中断间隔与打开时间片调度、正常实时时钟中断间隔的功耗比约为1/10。     

采用二相功率时钟的能量恢复型CMOS触发器设计

基于绝热开关或能量恢复技术, 提出了应用于低功耗系统的主从型绝热D触发器、SR触发器和JK触发器设计. 所 提出的这些电路工作于二相正弦功率时钟，这有助于降低功率时钟电路的设计难度. 通过接入两个与功率时钟相连的弱 nMOS管解决了输出悬空态问题. 电路采用传输开关作为逻辑输入模块, 消除了接地端, 因而具有更低的能耗.应用绝热JK 触发器，并以十进制加法计数器为例演示了能量恢复型时序电路的设计.通过采用0.5 μm 互补金属氧化物半导体(CMOS) 工艺参数的集成电路模拟程序(SPICE)模拟，结果验证了该触发器较之以往的设计具有更低的功耗.     

基于KM3x的低功耗红外通信设计

针对目前红外无线通信距离短、功耗高、模块设计复杂等问题,提出了一种低功耗红外通信设计.采用XBAR模块、PWM调制技术及低功耗编程的软件设计,有效精简了电路,降低了功耗和成本,提高了可靠性,可更有效地构建红外无线通信网络.实验结果表明:系统在休眠时功耗为0.5 m W,正常工作时也仅为发射管工作功率的1/3左右;模块在自然光等环境中零误码率通信距离达到25 m,能满足便携式设备、医疗电子、水下通信、工业设备网络等诸多领域的应用需求.     

高性能嵌入式CPU特殊指令单元的设计与实现

为了增强嵌入式CPU处理复杂运算的能力,加入特殊指令--乘积累加指令MAC和置换指令PERM.MAC用于提高CPU执行数字信号处理运算的效率,PERM用于增强加密、解密的运算性能.在集成电路设计过程中,运用了硬件资源共享、完全流水线、时钟控制等技术,使得整个运算单元在不增加过多芯片面积的条件下达到高性能、低功耗的设计指标.采用这种设计,在进行信息安全、多媒体处理时可以大大提高CPU的运算效率.     

一种WIA网络中的无线低功耗温度传感器节点设计

介绍了WIA中以MSP430F149单片机为核心的热电阻温度采集节点软硬件的设计方法。针对热电阻负温度信号设计了调理电路,并增加了电源监测的功能。该系统选用向下兼容HART协议的WIA无线模块,结合Matlab工具进行温度系数的远程标定。测试表明经标定修正后的节点在满足低功耗的前提下可实现较大区间温度的高精度测量,可应用于WIA环境中工业流程控制、工业安全监测等多种场合。     

基于ARM的多功能三相电能质量在线监测器

以AT91M55800A为核心部件,设计了多功能三相电能质量在线监测器.监测器硬件主要由模拟量采集电路、数据存储模块、显示与键盘模块和报警模块构成.设计了自动增益控制电路用于三相电流采集,保证测量精度.监测器软件采用模块化、任务驱动设计方法,保证了系统运行的可靠性和功能的可扩展性.采用FAFT算法计算三相电网各次谐波,提高了谐波数据的准确度.监测器配合上位机软件,具有远程控制功能.     

基于MS5611-01BA01的高精度气压和温度检测系统设计

气压和温度是实验室和工业上的重要参数,实时精确地测量这两个参数从而对实验室环境和工业生产环境进行控制具有重要意义。本设计采用超低功耗单片机MSP430F149,通过Ⅰ^2C接口控制MS5611—01BA气压传感器,并对气压和温度进行高精度测量,最后通过液晶显示屏将这两个测量值显示出来。系统中各个模块都是采用3．3V供电,并使用了MSP430F149单片机的低功耗模式,有效降低了整个系统的总功耗。实验结果及分析表明,该设计精度高、功耗低、稳定性好、可靠性高,适合于要求较高的实验室和工业生产中,并且扩展能力强,可以进行更多功能的开发。     

污水处理控制器的设计与实现

以污水处理设备为被控对象,利用AW60(飞思卡尔)MCU为主控制器,设计实现污水处理控制系统.在系统控制方面,该系统不仅实现了现场(键盘)控制,还实现了基于ZigBee技术的远程控制.系统分为硬件、软件两部分,硬件部分主要包括控制输出模块、远程接口模块、现场控制模块、数据采集模块等;基于CodeWar-rior平台,软件部分采用的是模块化设计.该系统实现了现场操作和运程操作双重功能,同时具有工作稳定、功耗低、操作方便等优点.     

一种太阳能自动跟踪系统的设计

在分析现有跟踪技术优缺点的基础上,提出了一种五象限光电检测垂直双轴结构的新型太阳能自动跟踪系统方案,并设计出了一种基于单片机AT mega16L的低功耗硬软件控制电路.理论分析与试验结果表明,该系统能够精确地自动实现对太阳的光电跟踪.     

基于Nagle算法的嵌入式TCP协议

针对在8／16位低速处理器上实现传输控制协议（Transfer Control Protocol TCP）过于复杂的问题，通过对TCP协议进行简化，减轻了微处理器的运算负担，降低了对系统存储空间的要求，使得TCP协议能够在8／16位低速处理器上实现．嵌入式网络中大量使用长度很小的数据帧，使得网络带宽利用率极低，为此在协议中应用了Nagle算法，减少了协议所需带宽，提高了协议的吞吐率．采用NS-2（Network Simulator-2）进行的仿真结果表明：该方案是有效的，现已经在普通8位处理器上实现，并通过了在多种宽带网络上进行的测试，在网络电能表中得到了实际应用．     

分布式槽波地震仪模拟电路的研制

为了得到准确的测量数据和较高的同步精度,设计一种能同步检测四通道的地震槽波信号的电路方案,对电源管理模块和信号调理单元设计方案进行了改进。电源管理模块使用低压差线性稳压电源,大大提高了电源的精度和稳定性,最大限度地抑制了电源本身的噪声,同时实现低功耗。在信号调理单元的设计中,选择低通滤波和程控放大器电路组合,提高对槽波信号的检测精度和电路抗干扰能力。结果表明设计的分布式槽波地震仪模拟电路系统稳定,具有较高的同步和信号检测精度,满足实际应用要求。     

实时桥梁缆索健康监测系统硬件设计

针对一种以16/32位ARM处理器为核心的用于桥梁缆索张力的实时监测系统的主控制器部分硬件设计过程进行了介绍.通过高功能、低功耗的LPC2138,12位4通道的A/D转换MAX1247和GPRS模块M23G,实现了桥梁缆索监测系统数据采集与发送的硬件设计和检测.经测试,本系统在实验室阶段最高采样速率为62.5 KB,实际GPRS网络传输速率为40 KB左右,完全满足缆索张力监测要求.最高频率为10 KB.     

一种太阳能供电的低功耗WSN节点的设计与实现

无线传感器节点的电源因受模块体积的限制,电源能量极其有限。如要保证节点正常工作,需要经常更换电池,而手工方式更换电池极为不便,故限制了无线传感器网络的应用。现设计了一种太阳能自供电的传感器节点模块,并在节点上移植TinyOS系统,从节点硬件、软件方面进行改进,实现低功耗功能。测试结果表明,这种太阳能供电的低功耗节点能够大大延长节点的使用寿命,可以在实际项目中广泛使用。     

OLED字符显示和图形绘制系统的设计与实现

针对仪器仪表上的传统液晶显示器（LCD）抗震性能差的问题,提出将有机发光二极管（OLED）显示技术应用于工业应用领域的手持编程器中。与LCD相比,OLED重量轻、不怕摔、视角广、功耗低、响应快、低温性能好,适应复杂现场环境。设计中用C8051F007单片机作为控制系统的核心控制器件,用VGM128064A50A01 OLED显示器作为显示终端组成OLED字符显示和图形绘制系统。实现了字符、汉字的稳定显示和图形绘制,并解决了图形字符的兼容问题。成功应用于手持编程器的显示系统。