高速实时控制SoC的设计与研究下载

weixin_39821526 2019-05-26 05:00:14

博士论文高速实时控制SoC的设计与研究
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博士论文高速实时控制SoC的设计与研究

现代社会已经进入数字信息化的时代，保证信息的准确性和可靠性异常重要。纠错码是提高信息传输可靠性的一种重要手段，Rs码是一种典型的纠错码，在线性分组码中，它具有最强的纠错能力，既能纠正随机错误，也能纠正突发错误，因而被广泛地应用于数据通信和数据存储系统的差错控制。同时，随着对Rs码研究的深入以及Rs缡／译码算法的改进和相关技术的发展，RS码在实际中的应用范围也更加广泛。本文首先对Rs码的编／译码算法进行了深入的研究和分析，本文的第二章从基本思想和数学推导两个方面对RS码的编／译码算法给予了详尽的阐述，并在此基础之上，构造出各种算法的基本电路，为后续的编／解码器的设计奠定了基础。随着集成电路设计的复杂度和规模的不断增长，芯片设计所需的时间越来越长。为了能在较短的时间内设计出更为复杂的芯片，SOC设计越来越受到青睐。本文所设计的芯片正是一款基于32位微处理器～C,Core所设计的SOC芯片，该芯片集成了Rs编／解码器和USB2．0模块，该芯片具有高速的数据传输速率和强大的纠错能力的特点。本文的第三章对基于C,Core进行SOC设计的方法进行了阐述，并对整个SOC芯片的设计进行了概述。在理论和设计方法的研究分析的基础上，本文的第四章设计了可以适用于不同平台的RS(520，512)编／解码器，它具有对大块数据编码的能力，在译码的过程中具有较高的准确性和较快的速率，因而特别适合于数据存储系统的差错控制。本文的最后搭建了整个芯片的验证环境并开发了验证所需要的各种 test case，仿真结果证明编／解码器在对各种Flash芯片进行读写过程中，在错误字节不超过允许的最大错误数的情况下，都能准确的定位错误和正确的纠正错误。

随着国内汽车行业的高速发展，汽车空调越来越受到汽车制造商的重视。现在国产汽车的汽车空调控制器在智能控制和驾乘人员舒适度等方面，还落后于国际先进水平，有待进一步改进和完善。本文结合汽车车身控制，主要针对汽车空调的智能控制问题进行了一系列研究。首先设计了一套基于Simulink的汽车车内环境温度仿真系统，用以验证智能控制算法的性能。该系统综合考虑了车体围护结构传入热量、太阳辐射、人体散热、室外空气带入热量、发动机室传入热量、制冷系统与加热器带入热量以及干扰等诸多因素的影响，从而使得这套仿真系统尽可能接近真实情况。其次利用智能控制算法对车内的温度调节系统进行智能控制。通过模糊控制器、模糊PID控制器、BP神经网络以及改进的BP神;经网络等多种控制策略实现车内温度的控制，并进行综合的分析比较。在汽车车内环境温度仿真平台_上对上述几种智能控制算法进行仿真验证，对仿真结果进行分析比较，最后得出结合PID控制的模糊控制器和BP神经网络均是较好的控制策略。并结合车身控制设计出基于CAN总线的汽车空调控制系统的硬件平台，空调节点的控制器采用汽车电子领域主流的freescale08系列单片机，BCM车身控制模块采用32位的ARM9处理器，大大提高了系统的性能。软件设计上采用模块化的设计思想，特别是嵌入式操作系统的引入，增强了整套系统的实时性、可靠性和可扩展性。从温度控制系统的发展来看，以单片机因“为核心构成的微型温度控制系统调节装管已被国内外许多公司和单位作为研究对象，客观存在的硬件简单，软件丰富，能方便地实现现代化控制规律和多种功能，性能优良，运行、调试都非常方便，且生产成本低，可加快生产设备的更新换代，已开始受到重视和欢迎。加之近年来，单片机的性能不断捉高，而价格却逐年降低，所以单片机温度控制装置将具有广阔的发展和运用前景。随着对汽车性能要求的不断提高，嵌入式系统在汽车电子领或的应用逐渐引起重视。汽车SoC系统是嵌入式技术在汽车电子上的高端应用，满足了现代汽车电控系统功能不断扩展、逻辑渐趋复杂、子系统问通信频率不断提高的要求，代表着汽车电子技术的发展趋势。汽车嵌入式SoC系统主要应用在混合动力总成、底盘综合控制、汽车定位导航、车辆状态记录与监控等领域。将嵌入式系统应用在BCM车身控制模块是一个必然趋势，以增强系统的可靠性和可扩展性。由于人体舒适感的模糊性和汽车空调系统的复杂性，人们难以建立关于汽车空调自动控制的控制目标和控制对象的精确数学模型。现代控制理论以得到控制对象精确数学模型为必要条件，对于汽车空调这类具有较强非线性和大干扰的系统，现代控制理论有许多不能鮮决的问题。而诸如模糊控制回等的智能控制技术不需要控制对象的精确数学模型，且对岁数的变化具有很强的适应性，因此具有很大的优势，智能控制在汽车空调控制中具有广阔的发展空间。

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移动电话的功能日益丰富，其对系统中数据存储容量的需求正在快速增长。 NAND Flash具有速度快、密度大、成本低等特点，在各种数码产品中得到了广泛应用，在各种片上系统芯片中(SOC)集成NAND Flash控制器正成为一种趋势。本文讨论了Flash Memory的两种主流实现技术即NAND Flash和NOR Flash 的特点和区别，分析了市场上存在的NAND Flash的典型规格及其存储结构特点，阐述了不同NAND Flash器件一些通用的存取操作方式，近一步分析了进行这些存取操作所必须满足的时序规范，在此基础上，结合某公司手机SOC芯片的设计需求，提出了一种基于AMBA总线的NAND Flash控制器实现方案，对该实现方案进行了充分的验证工作。本文所提出的控制器的实现方式，可以支持市场上存在的两种典型规格的 NAND Flash器件，可同时外接1至4个Flash芯片，通过可配置的控制方式可灵活的对不同存取速度的器件予以支持，具备良好的可扩展性。在控制器的主控逻辑设计中，采取了“块读’’和“块写”方式实现对大页器件的读页和写页操作，这种方式有效减小了控制器中用做数据缓存的buffer大小，降低了芯片面积。针对NAND Flash在使用过程中可能出现的位反转现象，在控制器的设计中加入了错误检测和纠错功能。论文深入分析了ECC(Error Checking and Correcting)算法，讨论了ECC算法的硬件实现和优化方法。在不影响对存储器读写效率的前提下，实现对数据的存取进行实时的高速检错和纠错，为提高NAND Flash的可靠性提供了硬件上的支持。对控制器的验证采用了模拟验证和FPGA验证两种方式。在模拟验证阶段对控制器的所有功能点进行全面验证，结果正确后，在Xilinx公司的Vertex4开发板上对控制器进行了FPGA验证。结果表明控制器能正确控制对于NAND Flash的各种存取操作，工作完全正常。本文设计验证的NAND Flash控制器即将应用于某公司的SOC手机芯片，提出的控制器实现方案对NAND Flash控制系统的设计优化具有普遍适用性，论文研究的工程实用价值大。

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