浅谈DSP的设计方法

介绍了设计数字信号处理器芯片的简单概念及设计方法,包括指令集、流水线、存储器组织、硬件接口、加法器、乘法器、时钟方案、测试接口等,并讨论了数字信号处理器芯片设计中的一些实用方法。     

可测性DSP软硬件协同仿真验证平台设计

针对数字信号处理器的不同仿真和验证要求，提出了一种可测性软硬件协同仿真和验证平台的设计．采用可配置IP模块和总线结构，实现了硬件平台可配置性和可重用性，采用在线仿真模块，实现了实时的仿真验证功能；采用分层的方法设计软件平台，实现了软件平台的可配置性．实验结果表明，在50MHz的工作频率下，此平台对16位数字信号处理器进行了指令集测试和FIR等应用程序的仿真验证工作．     

基于PowerPC的软件仿真调试系统的设计与实现

为了降低嵌入式软件调试的难度和成本,软件开发人员往往需要构建一个可以完全模拟硬件平台工作的虚拟仿真系统。针对PowerPC体系结构,构建出一套完整的全系统模拟仿真平台,并重点阐述了ELF解析、指令集解析、虚拟MMU和时钟中断模块的实现方法。并基于一款PowerPC(MPC8270)处理器,开发出整套的仿真调试平台。经实践测试,所构建系统易用、稳定、可靠。     

基于ARM7的SoC存储管理单元的实现

有效的存储管理对于提高多任务嵌入式系统的性能至关重要,存储管理单元(MMU)是嵌入式SoC处理器的核心部分之一。本文在自主研发的宏单元基础上设计了兼容ARM720T处理器的MMU。基于中芯国际公司0.18μm CMOS工艺所实现的存储管理单元版图面积为3.275mm2,经过性能对比仿真测试,所设计的存储管理单元使SoC处理器性能得到了较大提升。     

五级流水线 RISC-V 处理器软硬件协同仿真验证

针对国内 RISC-V(Reduced Instruction Set Computer-Five)处理器领域的空白以及对处理器性能的优化问 题, 将开源 3 级流水线 RISC-V 处理器 VScale 扩展为 5 级流水线处理器。 在对比 3 级流水线和 5 级流水线的差 异的基础上, 为 5 级流水线设计了冒险检测以及旁路单元, 解决了 5 级流水线的数据相关问题, 并为该处理器 编写外设(LCD1602、 UART)控制器, 最终在 FPGA(Field-Programmable Gate Array)开发板上实现了软硬件协同 仿真。 仿真结果表明, 扩展后的处理器运行正常, 且速度比扩展前的处理器快约 30%。     

基于VxWorks的PowerPC750 MMU初始化流程和内存保护策略分析

通过西北工业大学自主研发且具有知识产权的"龙腾"R2徼处理器的调试,验证平台下仿真生成的数据及日志文件,分析出VxWorks操作系统下MMU初始化的一般流程,然后对PowerPCT50处理器的MMU初始化流程进行了详细论述.最后,还提出了在VxWofks下利用MMU为私有数据和共享数据提供内存保护的一种策略.     

SPARC V8处理器中存储管理单元的设计

存储管理单元MMU(Memory Management Unit)是各种微处理器用以实现虚拟存储的关键部件。针对SPARCV8结构处理器的需求,提出一种MMU的设计方案。分析了虚拟地址到物理地址的映射关系,通过采用转换后备缓冲区TLB(Translation Lookaside Buffer)加快了SPARCV8处理器在多任务处理时虚实地址的转换;以页式存储为依据,为页面的读、写、执行等访问提供了保护机制;并在异常发生时根据访问类型进行相应的异常处理。结论表明,该设计方案是可行的、有效的;并且可作为其它处理器MMU设计的基础。     

设计驱动的嵌入式系统课程改革实践

调研了国内"嵌入式系统"课程的现状,针对课程内容广、知识关联度强、导致学生难以掌握的问题,针对性地提出设计驱动的教学方法。以一个简易MIPS处理器的设计作为课程抓手,让学生动手设计一个包含输入、输出、转移、算术计算、逻辑运算的九指令集的精简指令集处理器,督促学生从设计者而非使用者的角度来深入理解嵌入式系统的核心—处理器和指令集。实际效果显示,这种教学方法取得了良好的效果。     

RISC技术发展研究

在计算机技术的许多变革中，最有意义的变革是从复杂指令集(CISC)过渡到精简指令集(RISC)体系结构。RISC体系结构打破了传统的处理器体系结构朝复杂化方向发展的常规思路，结构简单，便于利用VLSI以至ULSI工艺制造，也便于在处理器内部实现并行处理，奠定了现代计算机发展的基础。     

在数字电路验证中使用模型检验

形式化方法作为仿真方法的补充,为电路功能验证提供了新的途径.介绍了形式化验证方法之一,模型检验的理论基础和实现方法.介绍了分支时态逻辑CTL、CTL的固定点算法,二元决策图BDD,以及符号模型检验方法.最后使用SMV工具在一个CISC处理器的存储管理单元(MMU)上应用了模型检验,验证了模型检验在模块级验证中的可行性.     

Intel X86系列CPU模拟器的研究与实现

CPU模拟器能够提供一个了解计算机内部操作的入口,便于工程技术人员对所设计的电路进行验证,同时模拟器还是一个有效的教学工具.结合CPU电路执行一段程序的过程说明了利用Simulink构建X86CPU模拟器电路的方法,通过调用Simulink的子系统创建电路的模拟,去除多余的引脚,简化了电路,突出了使用Simulink模拟的高效性和准确性.     

天然气管道瞬态仿真研究综述

天然气管道仿真技术是天然气管网设计、运行、管理核心基础技术.在天然气管网大型化、复杂化、智慧化和多气源供应发展的大背景下,该技术将发挥着越来越重要的作用.为此,调研了中外天然气管道瞬态仿真的研究进展,梳理了在数学模型、求解方法和加速仿真3个方面的研究历程,总结了当前的研究成果,分析了今后的发展趋势.目前天然气管道仿真技术已经基本成熟,其准确性和稳健性可得到较好的保证,中小型管网的仿真速度较快.为更好地服务大型智慧管网的建设,多气源混输、人工智能和并行仿真将是以后的重要发展方向.     

主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真

为了解决轮式管道机器人在管道内越障能力不足的问题,设计一种主动避障管道机器人,并运用ADAMS进行动力学仿真分析。首先分析了管道机器人结构原理和运动特性。随后运用ADAMS建立虚拟样机,对管道机器人的避障能力、直行能力以及过弯能力进行仿真分析。仿真结果表明,该管道机器人可自动适应148～152 mm管径;可通过的最小转弯半径为304 mm;可实现在管道内部主动避障,同时具有良好的动力特性。     

FLUENT的浆液远距离输送数值模拟研究

矿井灌浆管路系统是一个相对封闭的空间,浆液在流动过程中对管道的压力分布情况却难以掌握。因此,首先建立了一种浆液管道流动的数值计算模型,对其进行网格划分、边界条件设定和数值模拟计算流程,并对所建立的模型进行数值计算,得到浆液在管道中的变化特性;其次,针对静压灌浆和动压灌浆2种不同的方式对管道造成的影响程度,利用ANSYS FLUENT12.1分别对这2种不同方式时的压力场进行模拟,对比静压与动压灌浆时的管道压力分布特点和分析浆液在管道中流动过程的压力损失等情况,该模型可以较好的预测静压灌浆和动压灌浆时的管路中的压力分布状态,有助于分析管路输送过程中不同管路位置的压力变化及分布规律,模拟结果显示利用动压进行灌浆作业,可以起到显著的增压效果;最后,通过对比数值模拟计算和工业现场试验监测得到的数据,分析得出两者数据基本吻合。对比结果分析表明:该数值模型建立合理,对矿井远距离灌浆工作具有一定的指导价值。     

集中载荷作用下悬索跨越管道的应变响应

为了研究悬索跨越管道受集中载荷作用时的响应情况，通过相似实验和有限元仿真相互验证的方法，搭建了悬索跨越管道相似实验平台，建立了悬索跨越管道有限元仿真模型，进行了无集中载荷、集中载荷作用在管道不同位置处的应变数据实验测试和仿真模拟，分析了每种状态下管道上方的应变分布规律，结果表明：无集中载荷时，整个悬索跨越管道上方的应变呈“W”状分布，两端应变数值最大；集中载荷作用在管道两端时，对整个管道上方的应变分布规律影响不大；集中载荷作用在管道1/4、1/2和3/4位置处时，会导致整个管道的应变发生较大变化。     

天然气集输管网仿真技术研究

通过建立天然气管网管道元件以及非管元件仿真数学模型,采用隐式差分法将偏微分模型转换为有限差分方程,并采用牛顿-拉夫逊法求解模型,最后对某天然气管网进行了仿真分析,结果表明:各管道中的压力没有超过管道允许压力,部分管段压降、流量很小,增输潜力巨大,因此,可以调整输气方案,适当增加输气量.     

埋地管道泄漏数值模拟分析

针对不同因素对管道泄漏工况的影响进行了模拟研究。管道的铺设方式一般为埋地铺设,长时间埋地管道会因为外力破坏或管道自身老化、腐蚀穿孔等因素造成管道泄漏。管道泄漏时会造成重大压力损失和管道流体的损失,管道大孔泄漏后容易在地面上被检测出来,小孔泄漏不容易被检测出来。因此采用数值模拟方法,通过模型简化,同时考虑计算精度和计算成本,建立了埋地管道小孔泄漏扩散模型。分别研究泄漏压力、泄漏孔径、管道埋深、土壤性质、环境温度、泄漏孔形状和障碍物等因素对埋地管道泄漏扩散的影响。     

管道流体的瞬态仿真模型

通过对管道的离散化处理 ,建立了流体管道频率相关摩擦仿真模型 ;研究了N的取值、离散管段数对仿真结果的影响及管道与集中元件和扰动激励的耦合方法 ,并对带容腔的流体管道系统进行了数字仿真 .结果表明 ,该模型将管道的分布特性表示成网络形式 ,可方便地与各种边界条件进行耦合 ;仿真结果与有关文献提供的近似解析计算和实验结果吻合良好     

地下爆炸对埋地输气管道冲击响应的数值分析

通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用LSDYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析。通过埋地管道在2组共10个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包括速度和动应力)最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系。模拟计算结果与经验公式规律十分吻合,表明采用数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管道的作用是可行的。计算方法为埋地管道在第三方破坏荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,计算结果对埋地输气管道的风险评估和防灾减灾具有重要的参考价值。     

管道冲蚀液-固数值模拟的研究进展

在石油和天然气行业中,管道输送系统的弯管和管汇处极易受到固体颗粒的冲蚀,从而导致管道内承受高压能力削弱,加大了在传输过程的风险。本文首先对固体颗粒冲蚀机理的发展历程进行了回顾,总结了现阶段固体颗粒冲蚀磨损行为的研究现状,概述了塑性材料和脆性材料冲蚀理论模型。其次,分别从液体流动属性和固体颗粒流动属性两个方面对冲蚀的影响因素进行了阐述,评价了各湍流模型和冲蚀模型的优势和适用范围。随后,综述了国内外流体仿真软件在管道冲蚀模拟的研究进展。从弯管到管汇,再到高压泵和旋流分离器等,模拟对象有着复杂的几何形状；网格划分由不变形到可变形,再到无网格划分,大大增加了计算的模拟精度。最后,提出冲蚀模拟仿真在管道行业的下一步研究和发展方向。为今后的整体管道系统冲蚀预测和位置布局设计提供参考。