2011年第07期-《电子技术应用》杂志

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2011年第07期

刊出日期：2011-07-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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Altera中国大学生电子设计文章竞赛2011

高输出频率GPS接收机FPGA优化设计

作者：李英飞，丁继成，赵琳

作者单位：哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001

摘要：为使DSP芯片有充裕的资源和时间用于复杂的导航计算、输出高频率的解算结果，通过资源优化，只采用FPGA逻辑电路实现了GPS信号的捕获、跟踪、帧同步、卫星自动搜索、伪距信息生成等基带处理功能，并整理了电文、历书、伪距信息、多普勒频移的格式，以方便传输。实验表明，本方案可行有效，定位频率可达100 Hz。

关键词：
相干积分

滤波器调整

帧同步

伪距生成

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数字基带预失真系统中环路延迟估计的FPGA实现

作者：刘正平，夏威，何子述

作者单位：（电子科技大学电子工程学院，四川成都611731）

摘要：基于FPGA芯片Stratix II EP2S60F672C4设计实现了数字基带预失真系统中的环路延迟估计模块。该模块运用了一种环路延迟估计新方法，易于FPGA实现。同时，在信号失真的情况下也能给出正确的估计结果。Modelsim SE 6.5c的时序仿真结果和SignalTaps II的硬件调试结果验证了模块的有效性。

关键词：
FPGA

功率放大器

数字基带预失真

相关

环路延时估计

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基于FPGA的神经振荡器设计及优化

作者：李啸隽，戴孝亮

作者单位：（华南理工大学机械与汽车工程学院机器人实验室，广东广州510640）

摘要：为神经振荡器提出了一种高效的FPGA实现方案，介绍了一种改进的分布式算法（DA），以便于最大限度地利用FPGA上的查找表（LUT）资源。整个系统在Matlab/Simulink下采用Altera公司的DSP Builder 构建。该方法节约了74%的查找表、75%的寄存器和100%的嵌入式乘法器资源。同时，该方案得到了令人满意的结果，实验结果同仿真结果的相关系数高达0.99。

关键词：
FPGA

神经振荡器

分布式算法

查找表

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嵌入式技术

基于STM32的海洋浮标无线通信网络设计

作者：王宗，刘敬彪，蔡文郁

作者单位：（杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018）

摘要：针对在远海海洋的特殊环境下，数据传输能力不能满足海洋环境检测需求的现状，提出以无线传感器和铱星模块构建海洋浮标通信网络的设计方案，并给出具体的组网方法及通信协议。

关键词：
海洋通信

无线网

铱星

STM32

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一种无线传感器软件非接触升级的方法

作者：刘梁，李东旭，许林，李凡

作者单位：（中国航天员科研训练中心人因工程实验室，北京100193)

摘要：基于MSP430无线传感器系统，设计了一种无线传感器软件非接触升级的方法。该方法充分利用现有资源，不需要传感器而是通过程序下载线与计算机相联，稳定可靠地完成了无线传感器应用程序的升级更新。该方法对于Flash可系统编程的其他系列单片机系统同样适用，具有很好的实用性和通用性。

关键词：
MSP430

无线传感器

软件更新

在线编程

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Fluent软件特点及在室内温度计算中的应用

作者：刘增辉1，赵轶文2

作者单位：（1.北京电子科技职业学院，北京100029； 2.北京工业大学计算机学院，北京100124）

摘要： Fluent是目前应用广泛的流体力学计算软件，Fluent主要用来模拟温度场、气流场的分布状况。应用Fluent软件对住宅室内温度进行了数值模拟，给出了散热器不同位置时的温度和风速可视化图像。

关键词：
Fluent软件

散热器

数值模拟

计算流体力学

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基于Virtex-II Pro的双核系统构建

作者：吕平，赵明生

作者单位：（清华大学电子工程系，北京100084）

摘要：基于Xilinx的Virtex-II Pro开发板实现了双PowerPC405核硬件系统构建，支持对共享存储器的访问及共享串口输出。重点给出了系统的构建方法及共享资源控制机制，测试结果验证了系统的可行性。

关键词：
FPGA

双核

powerpc405

Virtex-IIPro

Mutex

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基于CANopen协议的救援机器人调试系统

作者：荣杰1，饶和昌1，2，许映秋1，钱瑞明1

作者单位：1.东南大学机械工程学院，江苏南京211189； 2.华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074

摘要：设计了一种基于CANopen协议的救援机器人调试系统，设计中充分考虑了机器人运动关节的反馈数据优化控制参数，从而提高了运动关节控制性能。重点介绍了CANopen从站的软、硬件设计以及主站网络管理（NMT）、服务数据对象（SDO）的实现，并用实例证明该系统完全能满足救援机器人调试的需要。

关键词：
CANopen

分布式控制系统

对象字典

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基于SoPC技术的1553B总线接口卡设计与实现

作者：黄伟1，吴华兴1，鲁艺1, 周雷2

作者单位：1.空军工程大学工程学院，陕西西安710038； 2.解放军93846部队，陕西西安710038

摘要：提出了一种1553B总线接口卡设计方案。通过采用SoPC技术、基于Verilog的自定义IP模块设计以及基于邮槽寄存器的双向中断设计，快速构建了系统硬件。在NIOS II开发环境下采用C语言开发了系统核心软件—1553B协议处理程序，给出了BC模块的设计实例。结合系统驱动、API和实际应用程序开发对系统进行了多功能测试，验证了其可行性。

关键词：
SoPC

1553B

中断

协议处理

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集成电路应用

基于单片SRAM和FPGA的红外图像显示的设计及实现

作者：胡哲，张贵清，祁释冰，夏博儒，李芬芬

作者单位：（湖北航天技术研究所，湖北武汉430040）

摘要：介绍一种采用单片SRAM和FPGA实现红外图像显示的新方案，并对显示系统结构、FPGA各功能模块设计、SRAM的读/写时序设计进行了详细论述。该图像显示方案可用于红外图像处理系统的硬件调试和红外图像处理效果观测。实际使用情况表明，该显示方案能够很好地满足红外图像处理系统的图像输出需求。

关键词：
FPGA

红外图像显示

SRAM

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面向序列密码的抽取与插入单元可重构设计研究

作者：徐建博，戴紫彬，李伟，苏阳

作者单位：(解放军电子技术学院，河南郑州450004)

摘要：研究了抽取与插入单元的基本原理，提出了一种可重构的抽取与插入硬件电路，并对核心模块控制信息生成电路进行了深入研究。可重构硬件电路通过配置能够灵活高效地实现32 bit、64 bit、128 bit、256 bit等位宽抽取与插入操作。该设计在Altera公司的FPGA上进行了功能验证，并在Synopsys公司的Design Compiler上进行了逻辑综合、优化。结果表明，在CMOS 0.13 ?滋m工艺下，可重构移位单元硬件架构核心频率可以达到350 MHz。

关键词：
抽取

插入

可重构

控制信息生成

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基于FPGA的雷达恒虚警模块的设计

作者：秦阳，张智军

作者单位：（空军工程大学工程学院，陕西西安710038）

摘要：恒虚警处理技术可以使雷达在保持较高发现概率的同时，降低虚警概率。为了提高机载雷达在杂波与噪声背景条件下发现目标的能力，针对复杂统计模型应用的局限性，提出了一种基于FPGA的恒虚警模块的设计思想，并在软件平台环境下，对设计方法的可行性进行了仿真验证。

关键词：
FPGA

恒虚警检测

GO-CFAR算法

模块

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一种用于神经肌肉疾病评估系统的幅相测量电路的设计

作者：李丽丽，田学隆，李一言

作者单位：（重庆大学生物工程学院，重庆400030）

摘要：神经肌肉疾病评估系统的关键是能同时准确提取幅值和相位信息。利用AD8302的高度集成特性设计了一种幅相测量电路。给出了电路原理图，详细论述了测量频率为50 kHz时，幅相测量电路设计的具体方法。性能分析结果表明，幅值和相位的测量性能与额定值比较接近。在±20 dB范围内，幅值测量精度在±0.5 dB以内；在±90°范围内，相位测量精度在±0.9°以内。

关键词：
神经肌肉疾病

幅相测量电路

AD8302

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TD-LTE系统中数据转存技术的研究及实现

作者：陈发堂，叶剑

作者单位：(重庆邮电大学，重庆400065)

摘要：基于对TD-LTE系统中数据存储及传输技术的研究及分析，提出了一种下行链路处理的系统实现方案，并在Virtex-5系列FPGA芯片中完成DDR2 SDRAM控制器的设计及优化。该技术方案应用于TD-LTE无线综合测试仪中，完成下行链路大容量高速数据的接收和发送，实现硬件资源共享，其处理速度和数据精度满足TD-LTE测试要求。

关键词：
TD-LTE

Virtex-5

DDR2SDRAM

资源共享

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用于UHF RFID的功率放大器设计

作者：徐建辉，冯晓星，王新安

作者单位：（北京大学深圳研究生院集成电路与系统设计实验室，广东深圳518055）

摘要：功率放大器是UHF RFID系统的重要模块，也是RFID系统中功耗最大的器件。本文采用TSMC0.18rf CMOS工艺，设计了一款用于RFID的线性功率放大器。在915 MHz频段，最大输出功率为17.8 dBm，饱和效率达到了40%，输出1 dB压缩点（P1dB）为15.4 dBm，其小信号增益达到了28.7 dB。

关键词：
RFID

CMOS功率放大器

1dB压缩点

小信号增益

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测控技术与仪器仪表

基于SoPC的超声导波激励信号发生器设计

作者：张轩硕，王建斌，王军阵

作者单位：(军械工程学院电气工程系，河北石家庄 050003)

摘要：基于SoPC技术设计了一种专门激励管道超声导波的信号发生器。重点阐述了导波专用DDS IP核的设计方法。发生器以MicroBlaze软核处理器为控制核心，单片FPGA辅以必要的少量外围硬件电路，易于扩展升级。实验结果表明,输出的信号精度高、噪声小、稳定性好，频率连续可调，可方便地应用于管道超声导波检测。

关键词：
SoPC

MicroBlaze

DDS

超声导波

激励信号

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基于自适应提升小波变换的电能质量检测节点

作者：陈珍萍

作者单位：(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南 232001)

摘要：利用自适应提升小波变换和支持向量机进行电能质量扰动识别，将无线传感网络技术应用于电能质量无线检测系统。介绍了自适应提升小波变换算法和系统的软硬件架构，设计了以DSP和ARM为核心的电能质量检测节点，说明了TinyOS的移植和系统任务的设计过程。

关键词：
提升小波变换

电能质量

无线传感网络

支持向量机

TinyOS

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基于S3C2410的土壤墒情监测系统设计

作者：陈天华1, 唐海弢1, 郑文刚2

作者单位：1. 北京工商大学计算机与信息工程学院, 北京100097; 2. 国家农业信息化工程技术研究中心, 北京100048

摘要：设计了以ARM处理器为核心的土壤墒情采集监测系统，采用AQUA-TEL-TDR土壤水分传感器对土壤含水量进行采集，选取S3C2410处理器作为硬件平台基础,配以K9F1208U0C型Nand Flash、触摸式液晶屏、GPRS模块、CS8900A网卡芯片等组成硬件系统。开发了基于Qtopia图形用户界面的用户应用程序，实现了土壤墒情信息的采集、存储、无线传输和自动灌溉。

关键词：
信号检测

嵌入式系统

土壤

土壤墒情

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基于ColdFire MCF52223和AD5420的闸门开度仪设计

作者：罗少轩，乔爱民

作者单位：（蚌埠学院机械与电子工程系，安徽蚌埠233030）

摘要：针对闸门开度仪数据处理量大、控制精度要求高、应具备较强的抗干扰能力和易于与其他厂商的控制设备接口等特点，设计了一种基于ColdFire MCF52223微控制器和AD5420的闸门开度仪。详细分析了其工作原理，并给出了主要功能模块的设计方法。

关键词：
ColdFire

MCF52223

AD5420

RS485

闸门开度

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宽频二阶程控低通滤波器的设计

作者：张维昭, 马胜前, 冉兴萍

作者单位：西北师范大学物理与电子工程学院，甘肃省原子分子物理与功能材料重点实验室, 甘肃兰州 730070

摘要：设计了一种宽频二阶程控低通滤波器。二阶低通滤波电路由模拟乘法器、电流反馈运算放大器、可编程电阻网络及电容构成，充分利用了模拟乘法器和电流反馈运算放大器的优点，并通过主控电路调节数模转换电路的输出电压和低通滤波电路可编程电阻网络的值，实现截止频率程控。该滤波器具有截止频率高、信号处理范围宽、速度高等特点。

关键词：
宽频

程控滤波器

乘法器

电流反馈放大器

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基于FPGA的电力谐波分析仪的研制

作者：姜丽丽1，薛岩2，郭凤仪1，王智勇1

作者单位：1. 辽宁工程技术大学电气与控制学院，辽宁葫芦岛125105; 2. 辽宁电力有限公司丹东供电公司，辽宁丹东118000

摘要：研制了以FPGA（现场可编程门阵列）为主控制器实现的电力谐波分析仪。配以片外SDRAM和CFI_FLASH、LCD、数据采集CT/PT、A/D转换器、串口、按键等硬件电路,采用基-2按时间抽取算法，以NiosII EDS 9.0为软件平台，利用Verilog HDL硬件语言实现了2 048点16 bits复数块浮点结构的FFT。利用信号发生器产生的信号模拟电网中的电流电压信号对系统进行实验。

关键词：
FPGA

FFT

VerilogHDL

谐波分析仪

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通信与网络

SIMO信道下MPSK信号的载波相位盲估计

作者：杨珂1,2, 李鸥1, 于宏毅1

作者单位：（1. 解放军信息工程大学信息工程学院，河南郑州450002; 2. 中国国防科技信息中心，

摘要：提出了一种SIMO信道下多个MPSK信号的载波相位联合盲估计算法，以提高低信噪比条件下载波相位的估计性能。该算法综合利用多路接收信号以去除调制信息对相位估计的影响，构建与各信号相位相关的多个方程，并最终通过加权最小二乘解算方法完成对信号相位的联合估计。仿真结果表明，与传统的V&V算法相比，本算法在低信噪比条件下具有更加精确的估计性能，并且能够有效降低相位无偏估计的信噪比门限。

关键词：
单输入多输出

多相调制

载波相位估计

加权最小二乘

最大似然估计

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干扰约束下的认知无线电传输链路自适应算法

作者：冯文江，王岭，李明

作者单位：（重庆大学通信工程学院重庆 400030）

摘要：针对干扰约束下的认知无线电传输链路自适应算法开展研究，基于OFDM的认知用户与主用户共存，认知用户在保证对主用户干扰容限的前提下执行子载波与功率分配，以树形分支贪婪算法为基础，引入功率余量因子和干扰余量因子并通过比较余量因子相对大小来选择子载波，通过减小分支数以降低算法复杂度。仿真结果表明，改进的树形分支贪婪算法获得的系统容量与最优分配算法基本一致，但复杂度明显降低。

关键词：
干扰约束

认知无线电

链路自适应

树形分支贪婪算法

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基于IEEE802.11 DCF的优化竞争窗口算法

作者：张锋，向新，杨宝强，裴冬冬

作者单位：（空军工程大学工程学院，陕西西安710038）

摘要：针对现有IEEE802.11 分布式协调功能DCF(Distribute Coordination Function)方式下吞吐量较小、时延较大的缺点，提出了一种优化竞争窗口的算法。该算法通过增加最小竞争窗口和最大竞争窗口，改进其退避算法，并综合考虑到了公平性的问题。经OPNET仿真验证表明，该算法提高了系统的吞吐量，减小了接入时延。

关键词：
IEEE802.11分布式协调功能

竞争窗口

二进制退避算法

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V-BLAST OFDM 最大发射分集度分析

作者：官鹭, 邵士海, 唐友喜

作者单位：(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川成都 611731)

摘要： V-BLAST OFDM可以利用多径信道的频域选择性改善分集性能。目前相关研究缺乏分集度的理论分析，未能明确给出一种获取最大分集度的方法。针对这一问题，首先分析了V-BLAST系统可获得的最大分集度，然后找出了获得它所必须的条件，最后给出了一种可获得最大分集度的信号发射方法。在两发两收、BPSK调制、M.1225 步行测试信道下的仿真结果表明：在误比特率为1e-3时，所提方法有2 dB的性能改善。

关键词：
无线通信

V-BLAST

OFDM

发射分集度

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一种基于QoE效用函数的OFDM系统子载波和功率分配算法

作者：陈松，王大鸣，郑娜娥，崔维嘉

作者单位：解放军信息工程大学信息工程学院通信工程系, 河南郑州 450002

摘要：以系统平均用户感受质量QoE(Quality of Experience)为优化目标，提出一种基于QoE效用函数的子载波和功率分配算法。该算法先根据用户需求与实际信道状态对子载波进行分配，将QoE引入效用函数构建中，并以系统平均QoE最大化为目标对子载波进行功率分配，在功率分配过程中使用导数迭代的方法逼近最优的功率分配结果。仿真结果表明，该算法在获得较高系统平均QoE的同时，根据系统功率资源供求情况，平衡考虑了系统、容量以及用户公平性。

关键词：
QoE

OFDM

子载波分配

功率分配

效用函数

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基于自适应数据融合的LEACH路由协议

作者：王培东1，袁召兰1，王瑜2

作者单位：1．哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院，黑龙江哈尔滨 150080； 2. 中国人民解放军九二二三四部队，黑龙江佳木斯 154333

摘要：如何有效地使用传感器节点的能量以延长WSN的生存时间,一直是WSN路由协议研究的重点。基于LEACH，提出了一种新的路由协议AF-LEACH，AF-LEACH根据数据融合的能量开销和所带来的节能增益，对传感器节点采集的数据进行自适应的数据融合。仿真实验表明，与LEACH协议以及在各节点都进行数据融合的MA-LEACH[1]协议相比，AF-LEACH在降低节点能耗，延长网络寿命等方面上有了显著提高。

关键词：
无线传感器网络

LEACH

数据融合

移动代理

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计算机技术与应用

基于GL847的扫描图像校正

作者：刘小东, 张朋昌，曹伯燕

作者单位：（西安电子科技大学计算机学院，陕西西安 710071）

摘要：扫描仪在扫描成像过程中，诸多因素会给扫描图像带来误差和扭曲, 因而必须对其加以校正。在分析扫描仪误差产生原理的基础上,详细讨论了基于GL847的扫描图像增益与偏移校正机制，提出了一种有效的扫描图像校正参数获取方法。

关键词：
数码影像

GL847

增益和偏移

参数获取

查看(4906)

基于边缘检测与分裂合并的图像分割算法

作者：林敏1，陈建新2，陈哲亮3

作者单位：1. 福建莆田学院电子信息工程学系，福建莆田 351100; 2. 福建莆田学院附属医院，福建莆田 351100; 3. 福建华侨大学计算机科学与计算学院，福建泉州 362021

摘要：针对传统分裂合并算法容易产生方块效应与过分割的缺点，提出了一种结合边缘检测和分裂合并的图像分割算法。该算法直接利用图像的边缘信息进行分裂，不断将图像分裂为一些不规则形状的一致性区域，然后根据一定规则将相似的区域合并。实验表明，该算法能大幅减少分裂次数，并有效克服方块效应和过分割等缺点，图像分割效果较好。

关键词：
边缘检测

分裂合并

图像分割

查看(11522)

基于DSP的序列图像弱小运动目标检测

作者：李正周1，田蕾1，郑微1

作者单位：(重庆大学通信工程学院，重庆400030)

摘要：针对强杂波背景中的弱小运动目标检测问题，在分析弱小目标的运动特性在时频变换中表现出显著差异的基础上，采用两级滤波方法检测运动目标，提出了一种基于DSP的序列图像弱小运动目标检测方法。该方法首先对序列图像进行预处理、设置门限过滤噪声，然后根据目标和杂波的时频特征差异识别出弱小运动目标。实验结果表明，该方法可以很好地抑制噪声的干扰，并能检测出复杂背景下的弱小运动目标。

关键词：
DSP

时频分析

弱小目标检测

序列图像

查看(6876)

RFID室内仓储车辆的智能导航与调度技术

作者：郭小溪，王友钊

作者单位：（浙江大学仪器科学与工程学系，江苏杭州310027）

摘要：针对物联网仓储环节中货物周转效率低、运营成本高的现状，提出一种新的智能管理方案。车载运算终端通过控制RFID模块采集的地面标签信息进行实时定位,由A*算法生成导航路径，并通过无线网络与调度主机交互数据，再利用遗传算法实现车辆的统一调度管理。实验表明,本设计有效节省了货物周转时间，提高了仓储空间利用率。

关键词：
RFID

导航

A算法

遗传算法

查看(7626)

基于DAGSVM的轴系扭振故障诊断方法

作者：胡海刚1，庞宏磊1，付雷2，朱文材1

作者单位：1.宁波大学海运学院，浙江宁波 315211； 2.青岛海事局办公室，山东青岛 266011

摘要：针对船舶轴系扭振故障小样本事件，基于小波包Shannon熵与二叉决策树支持向量机(DAGSVM) 理论建立一种轴系扭振故障诊断模型。首先通过船舶轴系扭振实验平台提取轴系扭振四种模式信号；然后利用小波包变换提取Shannon熵值，作为故障输入特征向量；最后利用K－CV交叉验证法提升支持向量机，对故障进行建模识别。试验表明，此法具有较高识别率，为船舶轴系扭振故障诊断提供了一种有价值的在线诊断方法。

关键词：
小波包分析

Shannon熵

支持向量机

故障诊断

查看(5606)

基于Avalon总线的图像解压缩IP核设计

作者：何伟, 王艳, 张玲, 邬丽娜

作者单位：(重庆大学通信工程学院, 重庆400044)

摘要：介绍了基于Avalon总线的静态图像压缩标准JPEG基本模式解码器软IP核的设计和实现。IP核采用流水线和模块化的设计方法，分别设计各个模块完成其独立的功能，然后将这些模块组成一个顶层模块，采用Avalon总线接口，利用SOPC Builder工具将IP核集成到系统中。该IP核极大地提高了解码速度，具有可移植性，可以方便地集成到手机、数码相机等数字产品中。

关键词：
JPEG

解压缩

IP

Avalon

查看(6198)

信息安全

基于SIMPASS技术的高安全性门禁系统设计

作者：周杰, 王凯

作者单位：（南京信息工程大学，江苏南京210044）

摘要：基于手机作为身份认证工具的门禁系统的软件架构进行了数据库、流程、界面等全面设计，增加开锁组合功能。同时对系统的硬件选型、连接进行了分析。指出了该设计与传统门禁系统相比所具有的优越性。

关键词：
SIMPASS

智能卡

门禁控制器

读卡器

查看(5360)

自适应动态时隙ALOHA防碰撞算法的研究

作者：宋依青1, 高正中2,3, 盛惠兴2,3

作者单位：1. 常州工学院计算机信息工程学院，江苏常州 213002; 2. 河海大学计算机与信息学院，江苏常州 213022; 3. 江苏省输配电装备技术重点实验室，江苏常州 213022

摘要：时隙ALOHA算法是射频识别系统中通过分时复用方式的一种防碰撞算法，应答器在分配到的时隙中与阅读器进行数据交互。提出一种改进的自适应帧时隙ALOHA防碰撞算法，能够使得时隙到优化分配，进一步提高应答器的识别效率。

关键词：
射频识别

时隙ALOHA算法

时隙

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基为64的可扩展模乘法器设计

作者：刘建国1, 管文强2, 杨同杰1, 杨晓辉1

作者单位：1. 解放军信息工程大学电子技术学院，河南郑州450004； 2. 72850部队，山东济南 250031

摘要：针对Tenca提出的基为8的Montgomery模乘器，采用基为64的改进设计，使其在不同运算长度下，运算速度比Tenca的设计平均提高了48%。同时对硬件设计进行了优化，缩短了关键路径的延迟。该设计具有良好的可扩展性，能够支持任意位数的模乘运算，可广泛应用于不同性能和面积需求的公钥密码协处理器设计。