关键词：
后端应用系统（精选八篇）
后端应用系统 篇1
在临床诊断领域，超声成像是目前应用最为广泛的一种成像模式。在过去的几十年中，随着科技的发展，超声成像技术取得了长足的发展，从传统的A型、B型、M型和多普勒超声成像模式，进入到目前的三维超声、弹性成像和靶向性造影剂谐波成像。
传统的B型超声成像系统所提供的是人体某一断面的二维图像，医生必须根据自己的经验对多幅二维图像在大脑中进行构建以理解其三维解剖结构。三维超声的概念由Baun和Greewood在1961年提出，他们在采取一系列平行的人体器官二维超声界面的基础上，用叠加的方法获得了人体器官的三维图像[1]。
与二维超声相比，三维超声成像具有以下明显的优势：(1)图像显示直观;(2)在医学教学和手术规划方面有广泛的应用前景;(3)可进行医学诊断参数的精确测量;(4)可以缩短医生诊断需要的时间。鉴于上述原因，三维超声在疾病的定性、定位及定量诊断中发挥着举足轻重的作用[2]。
当前国内外三维超声图像的获得主要有：基于面阵探头和基于机械扫描的两种方式。
基于面阵探头的三维超声图像的成像模式由Duke大学Vonn Ramm等人提出，图1为面阵超声探头超声换能器排列示意图[3]。
二维面阵探头也就是二维相控阵探头，通过控制二维面阵中的阵元发射超声束并实现空间的偏转，直接采集三维数据。面阵的每一个阵元都配置了相应的延迟线，采集数据时，只要控制不同阵元的延迟时间就能改变波束的指向。二维相控阵超声探头避免了复杂的机械定位装置，采集数据的速度较快，并且较稳定[4]。它能在两个横向方向上聚焦，聚焦声场为针状或棒状，检测的空间分辨率较高，相控阵系统不需要移动探头即可在特定空间自由地实现偏转和聚焦，极大改善了声场的可达性和检测速度。但二维面阵探头的阵元数目大，通道数多，单阵元的尺寸小，加工困难。同时，阵元的灵敏度低，接收到的信号弱且信噪比低。若探头由64×64的阵元组成，通道数变成了4096，技术难度大，不易实现，因此市场上这类探头只有GE,Philips,Siemens等大公司才能生产，且价格较昂贵[5,6,7]。
基于机械扫描的三维超声图像主要是由一组二维超声数据重建得到的，大致分为图像采集、三维重建和三维图像的显示三个步骤[8]。其中图像的采集是三维成像的关键步骤，直接影响重建结果的优劣。一般来说，二维超声探头被固定在特点装置内，依靠马达驱动超声探头扫描完成数据的采集。对于二维超声探头而言，传统的扫描模式包括平行扫描(又称为线性扫描，图2)、基于前端扫描的扇扫扫描(图3)和旋转扫描(图4)三种方式[8]。其中前两种模式适用于腹部探头，后一种扫描主要适用于腔内探头。
平行扫描模式获得的每一幅二维图像之间相互平行[8]。扫描时，二维超声探头在马达和机械装置的控制下沿人体体表平行滑动，完成二维超声图像数据的采集。二维探头平行移动的速度和数据采集的抽样率的控制对三维重建结果有很大的影响。基于前端扫描的扇扫获得的图像相互间成等距夹角。扫描时，二维超声探头后端保持固定，前端(超声发射端)扇形旋转采集数据。但当采用上述两种扫描模式对病人胸部脏器扫描时，发射的超声波易被人体肋骨遮挡，影响二维超声图像质量，并造成重建后得到的三维超声图像质量下降[10]。
为了避免扇形扫描和平行扫描模式的缺陷，本文设计了一种后端扫描的扇形扫描(图5)，二维超声探头前端固定，后端扇形旋转。在此扫描模式下，如果探头前端置于人体肋骨之间，由超声探头发射的超声束将通过人体肋骨的间隙进入人体，成功采集二维数据且避免了肋骨的影响，极大提高了三维超声图像的质量。
1 系统架构
为了验证基于后端扫描模式的有效性，本文搭建了一个包括三维超声图像数据的采集、重建和显示的系统。该系统由机械扫描装置、超声机、工作站(配有图像采集卡的PC机)、单片机驱动控制芯片等构成。工作站和超声机由视频输出线相连接，单片机驱动控制芯片通过串口线和工作站通讯，系统架构示意图如图6所示。
以下我们就扫描装置的机械设计，步进电机驱动的硬件设计，三维数据采集和重建结果分别介绍。
1.1 机械装置
机械装置主要包括探头支架、探头夹、弧形导航滑块和弧形齿轮轨道等，如图7所示。装置采用铝质材料加工而成，步进电机固定在探头支架两侧。选择形状、大小、力矩和歩矩角合适的步进电机两台，如宝来公司生产的两相42BY100BX型号的步进电机。探头夹可以进行伸缩，可固定当前市面上的大部分二维超声探头。
为了确保二维超声探头前端固定、后端扫描，设计必须保证机械装置的弧形轨道和弧形齿轮的半径R与探头固定的位置到探头顶端的距离L始终保持相等，如图8所示。此装置设计的扫描范围最大角度为60o。
1.2 步进电机的硬件控制和二维超声数据的采集
二维超声探头由步进电机驱动扫描，其扫描速度和扫描角度通过步进电机单片机控制板细分驱动器和驱动程序控制。为了保证实验过程中数据采集的稳定性，步进电机的控制板由单片机和电机驱动电路组成。上位机PC工作站通过串口将命令传给单片机，单片机将接收到的命令转化为对应的驱动信号输出，该信号进入驱动电路部分，输出步进电机所需要的脉冲驱动信号。
电机控制电路是硬件部分的核心，完成对电机的转动控制，从而对探头的扫描进行控制，此外，控制电路还负责与上位机进行通讯，为上位机提供电机转动的状态。本系统使用的电机采用步进电机，因此采用脉冲方式实现电机的转动控制，通过控制发送脉冲的个数来控制电机旋转的角度，通过改变脉冲的频率来控制电机的速度和加速度。该硬件控制电路主要由电源、单片机系统、光电隔离、电机驱动电路、过流保护电路等几部分构成。
电机驱动电路采用A3977步进电动机驱动器。此种驱动器以DMOS为基础的PWM控制全桥驱动器，内置译码器，不需要外接微处理器，可操作双极性步进电机的整步、半步、1/4步和1/8步模式。
超声机和PC机的图像采集卡通过视频传输线连接，通过编程控制图像采集卡获得超声机的图像并在PC机工作站上显示。PC机和控制板通过串口线通讯。给控制板上电，在串口通讯助手将指令通过串口线传送给单片机，通过驱动部分将驱动信号发送给步进电机，实现二维超声探头的数据扫描和采集。三维超声图像的采集和重建流程如图9所示。首先初始化图像采集卡参数，然后发送扫描开始信号给串口。控制电路接收到开始指令后，电机转动带动探头扫描。控制电路的有效扫描开始信号，通过串口回传给工作站程序，工作站程序控制数据采集卡开始进行循环采集数据到内存，直到从串口接收到有效采集停止信号为止。记录下采集的二维图像数据序列的帧数并置于内存中，用于三维重建。本系统的三维重建采用本实验室自主开发的三维重建库和DLL完成的。
2 实验结果
本文中，应用基于后端扫描的三维超声成像系统，分别以胎儿体模和真人为实验对象，做扫描实验，采集二维数据并进行三维重建。步进电机开始和结束工作时，因电机转速等原因工作不稳定，因此对此阶段超声探头扫描得到的二维数据不进行采集。经计算，得到的有效扫描角度为58.8o，所以三维图像的重建角度亦定为58.8o。
图10体模中胎儿的大小为36周，图10a所示为胎儿面部三维重建后的结果，图10b为对胎儿整体扫描得到的重建结果。
实验对象为一成年男子，身体健康，年龄28周岁，身高170 cm，体重65 Kg。图11的(a)、(b)、(c)为该男子左肾的扫描重建图像，图11 d为肝脏扫描重建结果。扫描时，二维超声探头前端固定于人体两肋骨之间。
3 结论和展望
本文从机械扫描装置的设计到步进电机的控制，搭建了一套基于前端固定后端扫描的扫描模式的三维超声成像系统，先后对胎儿体模和成人做了扫描重建实验，成功的采集了一系列的二维超声图像数据，并各自实现了三维重建和显示。
根据二维数据的重建结果可以看出，实验结果与实验对象的现实形状参数尚有一定的差异(主要是重建面被拉伸变形)，这与数据采集过程的稳定性和精确性有关。数据采集过程中，需要探头支架保持平稳不动，但操作人员人很难做到理想的相对静止，此外，采集对象身体的运动(如呼吸)等也会影响数据采集的精确性。
为了完善此三维超声成像系统，得到更精准的三维超声图像，后续工作将从提高电机控制稳定性，减小机械扫描装置体积，增大二维超声探头的扫描范围，以及三维显示的参数设置优化等方面进行完善和改进。
摘要：提出了一种将探头前端固定,后端以恒定速度进行扇形扫描的扫描方式,可有效避免肋骨的遮挡。基于此扫描模式,搭建了一套三维超声成像系统,采集了胎儿体模和人体肝肾脏二维数据,证明了该扫描模式的有效性。
关键词：后端扫描,扇形,三维超声图像
参考文献
[1]Detmer,Lipscomb K,Blomqvust CG,et al.3D Ultrasound Image Feature Localization Based on Magnetic Scanhead Tracking In vitro Calibration and Validation[J].Ultrasound in Med&Biol,1994,20(9):923-924.
[2]郝晓辉,高上凯,高小榕,等.一种基于不规则采样平面的超声三维图像重建方法,清华大学学报(自然科学版),1999,39(9):9-13.
[3]Smith Stephen E,Ramm Vonn.High-speed ultrasound volumetric imaging system-part i:Transducer design and beam steering[J].IEEE Trans of Ultrason Ferrolec Frep contr,1991,38(2):100-115.
[4]高上凯.医学成像系统[M].北京:清华大学出版社,2000
[5]Lopes R T,Valent e C M,De Jesus E F O,et al.Detection of paraffin deposition inside a draining tubulation by the compton scattering technique[J].Appl Radiat Isot,1997,48(10-12):1443-1450.
[6]Cao ZJ,Fery E C,T sui B M W.A scatter model parallel and converging beam SPECT based on the KleinNishina formula[J].IEEE Transaction on Nuclear Science,1994,41(4):1594-1599.
[7]Hanke R,Bobel F.Determination of material flaw sizeby intensity evaluation of polychromatic Xray transmission[J].NDT&E International,1992,25(2):87-88.
[8]Aaron Fenster,Dónal B Downey,H Neale Cardinal.Three-dimensional ultrasound imaging[J],Phys Med Biol.462001,46:67–99.
[9]D.H.Pretorius,T.R.Nelson.Three-dimensional ultrasound[J].Ultrasound in Obstetrics and Gynecology,1995,5:219-221.
奥克斯 不可忽视“后端市场” 篇2
奥克斯空调事业部总经理
自2004年加入奥克斯集团以来，历任空调事业部财务经理、财务总监、审计总监等职，围绕公司发展战略，建立完善企业全面预算管理体系、业务风险管控体系，推进价值链财务管理体系及集中的资金管控模式，为企业的健康快速发展起到了重要的作用。2013年6月，开始担任空调事业部总经理。
自上任总经理以来，通过研究行业竞争格局与竞争环境，在推进企业转型升级的同时意识到“后端市场”的重要性。做营销不是说一定要在前线拼杀，机动灵活不是说简单变换进攻的方式，而是要变化营销的思维，服务是后方，但却有可能是木桶的最短板。2013年12月奥克斯发布了《奥克斯空调2014全球售后服务蓝皮书》，既是服务指南升级，更进一步阐释了营销与服务的内在关联，从营销角度解读服务价值，通过服务体系搭建完成对营销管理升级的全面支持。
传统的被动服务模式已难以满足当前市场和消费需求，特别是在互联网浪潮下，个性化、差异化的服务需求开始出现，必须要建立全新的服务体系和服务标准，实现服务转型升级。在奥克斯新一轮营销“转型升级”战略体系中，围绕“品质是基石、创新是灵魂”的核心，首次提出从技术研发、产品制造的源头导入“服务”意识，从而构建覆盖“产品生命周期”的大服务体系。
纵观奥克斯空调近几年的营销举措，两度签约国际影星李连杰、三度签约中国南北极科考队。2013年在“品质是基石、创新是灵魂”的转型升级战略驱动下，奥克斯空调牵手《中国好声音》，是又一次大规模的品牌驱动战略。借助《中国好声音》巨大的广告价值，奥克斯空调在新旧媒体更新交替、家电品牌战步入白热化的大环境下，力图实现品牌突围，为奥克斯在2014冷年的市场营销注入了新活力。
同时，奥克斯空调意识到媒介碎片化是大势所趋，中国网络受众有七个亿，其中相当一部分是具有购买力的网购人群，市场潜力巨大。而微电影可以覆盖传统媒体平台难以覆盖的高端人群、中坚人群、意见领袖人群，因此奥克斯把营销的目光投向了这个领域，投资拍摄微电影《无可挑剔》，宣传新品“静悦”空调，并在微博平台发动了一场“微营销”活动。微电影的推出，既延续了以创新引领行业发展的精神，也是其转型升级战略在市场营销环节的体现。
2014营销风向标
谈及奥克斯未来的营销变化以及发展方向，奥克斯最大的竞争对手是我们自己，我们必须要苦练内功，保持持续的创新能力与技术实力。同时，我认为奥克斯和竞争对手之间是相互学习的伙伴关系。在空调行业的竞争中，不是谁抢了谁的饭碗，要有大格局的思想，未来奥克斯必须要加强与优秀企业之间的交流，只有这样的心态才能做好品牌、做好营销。
技术指南
对于营销渠道的变革，现在越来越多的年轻人倾向于电商，营销渠道的变化也特别快，逐渐有超越卖场的趋势。但奥克斯不会走极端路线，未来还将坚守渠道优势，同时促进线上、线下相融共生，在强势的市场区域做好渠道终端的经营管理，同时加强在电商渠道的营销创新，同步推进。我们要让传统经销商参与进来，分享我们电子商务业务的成长。
2014工作挑战
2014年，奥克斯空调将正式迈入20年大关。对企业来说，这既是值得纪念的日子也是个新的起点，也是一次全新的考试。企业未来的营销，一定要坚定转型升级的思想，从产、研、销到整个流程的渗透，比如制造、销售等模块，同时也将在2014年加大集团营销资源的释放，为奥克斯的20周年做足准备。
后端应用系统 篇3
关键词：Java Web应用,开发模式,演变,展望
Java Web应用程序, 是在互联网的不断发展中被提出来的, 其在经过数年的发展过后, 已经极大地推动了互联网的应用和进化。事实上, 就目前来说, 人们已经不再满足于单纯地浏览网页信息, 其需要的是一种基于动态的具有多样性功能的HTML页面。当然, Web应用程序最开始就是动态网页技术, 其在进化演变过程中, 实际上是伴随着一种包括JSP、MVC以及HTML技术的更新换代, 本文通过对其开发模式演变进行分析和探究, 具有十分重要的现实意义。
一、JSP与Model模式时代
Servlet是Java领域当中的最早应用, 其可以直接的对浏览器的请求进行接收, 然而, 随着浏览器网页由静态向动态转变, 虽然JSP技术是基于Servlet技术而提出的, 因此这给人一种感觉, 即页面中加入了代码。早期的JSP很受欢迎, 并被当做是独立的动态网页技术, 而且, 很多Web完全是由JSP组成的。JSP+Java bean的二层开发模型的提出, 在一定程度上有效减少了JSP中的代码量, 增加了逻辑代码的可重用性, 并让Java Web应用更容易维护。
二、MVC模式时代下的Java后端开发模式
为了让美工更方便的完成自己的工作, JSP中用于控制程序流程和数据传递的代码被剥离出来, JSP仅仅用于接受数据生成页面, JSP类似于HTML的编辑方式让界面设计者更容易专注于Java Web应用的显示部分。JSP中被剥离出来控制程序跳转和数据传递的代码放在Servlet中作为独立的控制层。专注于界面和展示的JSP成为Java Web应用的表示层, 不再需要去掉用逻辑代码类, 而java bean其实已经失去了原来的字面意义, 只是担任着应用的逻辑层工作被servle调用的普通Java类, Servlet又重新回到了应用的核心位置。三者各司其职, 这就是Java Web中经典的MVC模式。目前有很多专门支持MVC模式的第三方开发框架。继续庞大着的Web应用让MVC模式进一步的进化, 对复杂数据及业务逻辑的处理要求继续不断的提高, 数据库的操作和数据处理也从逻辑层提取出来, 成为数据处理层。独立出来的逻辑层只接受对数据运算和业务逻辑的处理, 而数据处理层负责程序和数据库之间的数据操作。
三、AJAX时代下的Java后端开发模式
事实上, 无论JSP时代, 还是MVC时代, 后端开发技术中所使用的HTM L标记语言、CSS和Java Script脚本语言实际上在本质上都是一样的, 后端应用运用它们来表示浏览器的相应内容, 并且经过浏览器解析, 更好地呈现给用户。然而, 实际上的Java Script与CSS一起, 利用HTML的DOM模型, 实现页面的各种效果, 这在一定程度上给以使用者一种不一样的体验。值得高兴的是, 随着Internet explorer 5开始对Java Script的对象提供支持, Java Script可以不通过其它间接的渠道而直接向web应用程序服务器发送XML与JSON的数据请求, 并获得相应。当然, 这种直接请求式的数据访问与回应, 实际上就是目前已经得到广泛运用的AJAX技术。
AJAX的提出, 实际上在很大程度上推动了客户端的井喷式发展, 相应的Java后台开发模式也随之发生了重要改变。AJAX让Web应用向c/s模式应用的功能特性靠近了一步, 后端不再需要每次响应都生成一个完整的XM L文档数据发送给浏览器重新刷新页面, 而直接返回被请求的XML和JSON数据, Java Script脚本再对XML和JSON数据进行处理, 以往只关注Web应用界面样式和效果的前端脚本变得复杂起来, 需要进行越来越多的数据处理。由于XML和JSON数据和后端代码的数据格式不完全兼容, 在后端代码接受数据请求和发出数据响应时增加了一次数据格式转化过程。
四、HTML5时代下的Java后端开发模式
作为网络技术不断发展的现今, HTML5的推出, 无疑是划时代的一笔。就HTML5而言, 其已经不再局限于过去那种简单的页面脚本, 相反地, 它为了实现让Web应用使用TCP协议和服务器两者之间的数据传递, 而直接提供了编程接口, 换句话说, 其颠覆了传统离散式的数据传递方式。我们相信, 作为这种Web应用核心特性之一, 这种新式的数据传递方式必将对Java Web后端开发模式的演变产生十分重要的影响。
五、结语
经过上文的分析和介绍, 我们对Java web后端开发模式的整个脉络有了一定的认识, 我们可以从中深刻地认识到, 开发模式的不断更新, 实际上是人们对互联网要求的不断变更带动的。就目前来说, 功能更强大、界面更华丽、使用体验更高的各种要求已经促使Java Web技术不断发展, 但是纵使这些模式在发生改变, 其都应该充分把握好其开发成本, 真正意义上推动其技术革新。
参考文献
后端应用系统 篇4
关键词：重定向编译器； 编译器后端； 体系结构描述语言； 控制关键路径降低
中图分类号：TP314
文献标志码：A
Design of retargetable compiler back-end based on XP-ADL
WEI Lianghui, LI Xi, XU Burong, JI Jinsong
(Dept. of Computer Sci. & Tech., Univ. of Sci. & Tech. of China, Hefei 230027, China)
Abstract： To develop a compiler for embedded system which can be applied in various architectures in short time and generate high quality codes, a retargetable compiler back-end based on Trimaran is designed and implemented. The back-end uses XP-ADL (XML-based Power-architecture Description Language) which can describe broad architectures, and manipulates schedule scope of instructions by profiling information，so the generated code quality is greatly improved. The experiments for DLX architecture show that the running time is decreased by 5% compared with GCC in generating codes.
Key words： retargetable compiler; compiler back-end; architecture description language; control critical path reduction
0 引 言
在嵌入式应用中使用C/C++等高级语言编程是趋势所在.[1]嵌入式系统设计不仅要考虑系统性能约束，还要考虑能耗或功耗以及TTM(Time to Market)等方面的约束，这就要求开发能在短时间应用于不同体系结构并产生高质量代码的编译器.重定向编译器[2]就是一种能够在短时间内产生某种目标体系结构汇编码的编译器，其本身的大部分代码可以重用.它接受某种机器描述语言(Architecture Description Language, ADL)描述的目标处理器体系结构模型而生成可在该处理器上高效运行的目标代码，在最短时间内实现重定向，见图1.
图 1 重定向编译器
目前，重定向编译器的成果很多.GCC是在多种平台上得到广泛使用的编译器，但其体系结构描述不够精确，无法表达结构中并行部件数量、各部件流水特性等硬件信息，因而对DSP等不规则处理器不能产生高质量代码.Trimaran[3]能在一定体系结构空间内实现可配置参数化，虽然其前后端均进行大量优化，代码质量较好，但它采用Hmdes[4]作为ADL，而Hmdes主要针对EPIC体系结构且扩展性差，不适合描述其他体系结构，因而无法支持较大范围的体系结构.在克服这些不足的基础上，设计基于XP-ADL[5]的重定向范围广且产生高质量代码的编译器.
1基于XP-ADL的重定向编译器后端框架
1.1 后端整体框架
编译器由前端和后端两部分组成.前端完成词法分析等一些与体系结构无关的工作，并产生中间表示(Intermediate Representation, IR)传给后端；后端根据不同的体系结构信息，在IR的基础上进行指令调度等优化，产生最终的汇编码.
编译器后端框架重用Trimaran的前端——IMPACT，对其产生的中间表示Rebel进行优化处理.IMPACT原本是一个独立的编译器，包含大量的机器无关优化，在一定程度上保证代码的质量，这也是选择它作为前端的原因.后端框架见图2.
图 2 基于XP-ADL的重定向编译器后端框架
图2中，粗线框表示新增模块，其余的则表示在原基础上修改的模块.填充的普通箭头代表编译器的编译流程，透明的花式箭头则表示与机器相关的描述信息以及相应的查询请求.C/C++源程序经过IMPACT前端编译后，转换成Rebel形式的IR传给后端，经过代码选择、调度、寄存器分配和代码产生后最终转换成汇编码.
该后端将XP-ADL作为体系结构描述语言，采用结构化思想、使用对象来描述部件等信息，相比Trimaran原来所用的Hmdes，它语法简单、扩展能力好、描述能力强，能描述各种不同的体系结构，因而该后端的重定向范围很广.另外，该后端除重用前端IMPACT外，还使用原后端中的大部分优化，包括代码选择、代码调度和寄存器分配等.对代码质量影响最大的是代码调度，包括针对循环和非循环的各种调度.循环调度中采用模块调度，它将循环剥落和展开，直至找到重复的迭代时间间隔II，在II内每次迭代的操作完全相同，然后在II内进行代码调度；非循环调度有多种选择，包括表调度、操作调度和周期调度，其中表调度用得最多，它从所有ready状态的操作中选择静态优先级调度最高的进行调度.这些优化中大部分只须修改相应的机器描述查询接口，使得该后端能够产生高质量的代码.
新增的代码产生模块将Rebel转换成汇编，按照调度确定的顺序依次输出到汇编文件.针对不同的体系结构汇编格式也不一样，因此在重定向到某个具体体系结构时，需要根据该体系结构的汇编格式修改该模块中的输出语句.
1.2 用XP-ADL描述体系结构模型
编译器后端主要包括代码选择、指令调度和寄存器分配等阶段，它们无需目标体系结构的完整模型，只关心抽象的寄存器和操作等信息.此外，还加入功耗信息，具体为：(1) 部件信息，描述各功能部件的种类和个数；(2) 存储信息，描述各寄存器文件的大小、数据宽度和数据类型；(3) 操作信息，描述所有操作的操作码、所属资源占用类、操作格式及操作行为、对应的编译器操作码以及基本功耗等；(4) 指令信息，描述指令的格式和拼装发射规则；(5) 资源占用信息，描述某一类操作的延迟和占有资源情况；(6) 相干功耗信息，描述操作之间的相干功耗.
用本实验室提出的XP-ADL对这些体系结构信息进行描述：采用XML作为元语言，XML文件主要由元素组成，元素又由子元素和属性对其作进一步描述.整个文件仅有一个根元素，其他元素都包含在该元素中或该元素的子孙元素中.在XP-ADL中使用某个元素描述某个部件或操作等体系结构信息.这类似于面向对象的思想，使得描述数据极为容易且扩展性好，需要表示其他新特征时也易于插入.
根元素包括6个子元素：OP-GROUP，UNIT-GROUP，REG-GROUP，INSTRUCTION-GROUP，RES-
USE-GROUP和ENERGY-GROUP.它们分别对应前面提到的6类体系结构信息，这些元素又包含各自的子元素来描述具体的部件之类的信息.下面是一个操作的描述示例，该操作对应的元素被包含在OP-GROUP中：
＜ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ＞
＜ＯＰＣＯＤＥ＞ＡＤＤＩ＜／ＯＰＣＯＤＥ＞
＜ＲＥＳ－ＵＳＥ＞ＡＬＵ－１＜／ＲＥＳ－ＵＳＥ＞
＜ＯＰＥＲＡＮＤＳ＞
＜ＯＰＥＲＡＮＤＮＵＭ＞３＜／ＯＰＥＲＡＮＤＮＵＭ＞
＜ＳＲＣ－１＞Ｒｅｇ＜／ＳＲＣ－１＞
＜ＳＲＣ－２＞Ｉｍｍ＜／ｓｒｃ－２＞
＜ＤＳＴ＞Ｒｅｇ＜／ＤＳＴ＞
＜／ＯＰＥＲＡＮＤＳ＞
＜ＢＥＨＡＶＩＯＵＲ＞ＤＳＴ＝ＳＲＣ－１＋ＳＲＣ－２
＜／ＢＥＨＡＶＩＯＵＲ＞
＜ＢＡＳＩＣ－ＥＮＥＲＧＹ＞１６．５＜／ＢＡＳＩＣ－ＥＮＥＲＧＹ＞
＜ＣＯＭＰＩＬＥ－ＯＰ＞ＡＤＤ＜／ＣＯＭＰＩＬＥ－ＯＰ＞
＜／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ＞
该示例描述的是立即数加法操作ADDI，它采用ALU-1类资源占用，执行的语义是reg=reg+imm，基本功耗为16.5，对应的编译器操作码是ADD.
XP-ADL机器描述文件基于XML格式，采用DOM分析XML文件.在经过DOM提供的接口读入后，整个XML文件被转换成一棵DOM树，每个元素则对应树中的一个DOM节点，元素的子元素在树中则对应该元素节点的子节点.遍历每个DOM节点，根据节点的类型将其转换成对应的数据结构.处理一个操作元素的伪代码如下：
xml-process-op(char *file-name){
XML分析器初始化；
读入XML文件，得到根节点root；
op-group-node=root->get-child(OP-GROUP);
op-node=op-group-node->get-first-child();
while(op-node不为空){
根据op-node得到相应的操作描述符，并插入到对应的数据结构中；
op-node=op-node->get-next-sibling();
}
}
所有的这些机器描述信息被读入后均存放在大的描述信息类中，分成寄存器文件表、寄存器表、资源表、资源使用表、机器操作表、IO表、编译器操作表、指令表和相干功耗表，每个表都有相应的描述符表项，这些描述符表项之间存在一定连接关系.要找到一个机器操作的完全信息，除了需要找到它对应的描述符外，还需要找到它指向的资源使用描述符和IO描述符.这样做实际上是把操作分别按占用资源和IO格式分类，相同类的操作共用相同的资源使用描述符或IO描述符，可节省大量的程序空间.
代码选择首先在编译器操作表中找到相应的编译器操作描述符，然后在该描述符指向的机器操作集合中选择合适的机器操作进行绑定.
代码调度则使用矩阵形式的资源动态使用表，表的每列分别对应一种功能部件，每行则对应一个循环的时间，第i行、第j列的操作m则表示在时刻i使用部件j的操作是m，见表1.
在调度时常使用两个算法：get-nonconflict-op(current-time)，取出在current-time时不与表中已调度操作冲突的某个操作；place-op(op,time)则将该操作添加到资源动态使用表中.
1.3 使用profile信息控制调度范围
在现代编译器中，需要扩大操作的调度范围来增加单位时间内执行的操作数，以减少程序的执行时间.在Trimaran后端中使用称为控制关键路径降低(control critical path reduction，CCPR)[6]的技术扩大调度范围：前端IMPACT传过来的Rebel由一些区域(以下称为基本块)组成，每个基本块包含大量操作，其中有且仅有一个分支操作在基本块的出口，操作之间有边相连，代表着这些操作的依赖关系；所有基本块和操作都有一个模拟得到的profile值，代表该基本块或操作可能的执行次数；CCPR根据这些profile信息选出一条包含多个基本块的最有可能执行的路径作为新的调度单位，将该路径上的所有分支操作合成一个总分支提至最前，且该总分支操作的跳转条件等于原来所有分支跳转条件的逻辑或.这样该路径上的控制依赖大大减少，代码调度时的指令并行度增大.
为了保证程序的正确性，还需要增加许多冗余操作；当程序不执行这条路径时，则需要执行这些冗余操作，从而耗费更多的时间.通过对测试程序的运行结果分析，发现有一些测试用例在使用CCPR后执行时间反而增加，这是因为程序没有执行CCPR选定的路径而执行冗余操作的结果.
使用这些profile信息计算路径的不执行概率，即该路径上所有的分支操作跳转离开该路径的概率之和，将这个概率控制在某个阈值之下.在路径扩张时，将一个新的基本块bb加入到该路径之前，如果增加bb后整条路径的不执行概率大过某个阈值C，就终止该路径的扩张.这样保证了路径的执行概率大于1-C，减少程序执行冗余操作的代价时间.阈值C通过对实验结果的分析和折半查找来确定.
2 实验数据及分析
实验1，在后端中加入profile信息控制调度范围，在Trimaran模拟器上运行自带的那些测试基准程序的结果见表2.
在测试用例①②③中，由于程序执行关键路径，使用CCPR能不同程度地减少执行周期数；而对于测试用例④⑤⑥，由于程序没有执行关键路径、执行了冗余操作，使用CCPR后反而增加执行周期数.在使用profile信息控制调度范围后，很好地减少测试用例④⑤⑥中CCPR引起的冗余周期数，同时在测试用例①②③中还能达到与CCPR相似的效果.
实验2，将该后端重定向到了经典的DLX体系结构，对测试用例编译后，由simpower模拟器运行的结果见表3.
测试用例②③④⑥中，该后端产生的代码与GCC相比，执行周期数减少8%以上，而对于测试用例①⑤，该后端产生的代码执行周期数比GCC仅少5%左右.查看这些程序后发现，测试用例②③④⑥中都存在很多循环，而后者中则没有，可见该后端对循环的优化效果显著.总之，该后端产生的DLX代码的执行时间比GCC要少，这也说明该后端中各种优化的有效性.
3 结束语
嵌入式系统设计中需要能够产生高质量代码的可重定向编译器的支持.针对Trimaran产生的代码质量好的优点和重定向范围窄的缺点，采用XP-ADL作为新的体系结构描述语言重建编译器后端，扩展该后端适用的体系结构范围；并在后端中使用profile信息控制调度范围，改进代码质量，最后将其重定向到DLX体系结构.实验结果表明：产生的代码执行时间比GCC少.下一步工作是将其重定向到VLIW等复杂的体系结构，并且结合XP-ADL描述的功耗信息，进行一些功耗方面的优化工作，进一步完善该后端.
参考文献：
[1] LEUPERS R,Compiler design issues for embedded processors [J].IEEE Design & Test of Computers,2002,19(4): 51-58.
[2] LEUPERS R,MARWEDEL P.Retargetable compiler technology for embedded systems-tools and applications[M]. Netherlands:Kluwer Academic Publishers,2002.
[3] Trimaran Comsortium.Timaran:an infrastructure for research in instruction-level parallelism.[2005-10-18].http://www.trimaran.org.
[4] GYLLENHAAL J C,HWU W W,RAU B R.Hmdes version 2.0 specification [R].USA：Univ of Illinois,1996.
[5] 熊悦,李曦，周学海，等.功耗-体系结构描述语言XP-ADL及其设计环境.小型微型计算机系统，2003，24(8)： 1 470-1 473.
[6] Schlansker M,Mahlke S,Johnson R.Control CPR:a branch height reduction optimization for EPIC architectures [C]//Proc ACM SIGPLAN 1999 Conference on Programming Language Design and Implementation.USA:ACM Press,1999: 155-168.
集成电路PLL后端设计研究与实现 篇5
锁相技术从30年代开始发展, 至今已有70多年的历史。目前PLL中的主流还是用CMOS工艺实现的。虽然CMOS工艺本身的晶体管的截止频率不高, 但是由于研究的深入以及新结构的提出, 深亚微米工艺特征尺寸的不断减小, 使得CMOS锁相环的总体性能在成熟的基础上继续得以提高。采用CMOS工艺是未来的低功耗低成本大规模数模混合集成芯片的发展趋势。电荷泵结构的锁相环 (CPPLL) 可以说是混合锁相环的一种, 由于具有几乎等于零的相位误差、宽的锁定范围和较快的锁定时间等特性, 在某些场合 (如频率综合信号源或固态信号源等) 得到了非常广泛的应用。而PLL对版图设计的要求非常高, 成功的PLL设计可以说一半以上要归功于版图设计。
1 锁相环结构
下面就用一个比较典型的PLL结构来说明电路中需要后端设计需要考虑的要点。一般使用的PLL采用的是电荷泵型锁相环, 环路由鉴频鉴相器 (PFD) 、电荷泵 (CP) 、压控振荡器 (VCO) 、分频器 (Div) 、环路滤波器以及电荷泵控制电路组成。这种结构的锁相环可以检测输入输出的跳变, 检测相位差或频率差, 并相应地启动电荷泵。当环路开始工作时, 输入信号的频率可能与输出信号的频率相差很大, 此时PFD和电荷泵改变控制电压, 使输出信号逼近输入信号。当输入信号频率和输出信号频率足够接近时, PFD就被当作鉴相器, 进行相位锁定。当相位差降到零并且电荷泵保持相对空闲时, 环路就锁定了。图一是电荷泵锁相环结构系统模型框图。
其环路增益为:
这是一个三阶系统, 我们称之为三阶电荷泵锁相环, 它有一个零点跟三个极点。在不同的应用场合, 环路各种噪声与干扰的强度有很大的不同。例如, 环路用于信号载波提取、时钟恢复时, 则环路的主要的噪声源是输入端的信道高斯白噪声;环路用于信号发生器 (时钟产生/倍频) 时, 输入信号通常是低噪声的标准信号源, 主要的噪声源是压控振荡器的内部噪声。
与相位噪声一样, 输出抖动依赖于VCO的抖动、锁相环输入信号的抖动以及环路的环路带宽。对于数据和时钟恢复的应用, 输入信号的抖动往往是主要的, 因此, 对于这样的场合就需要锁相环的环路带宽尽可能低;而当锁相环应用于时钟综合时, 锁相环的输出抖动主要取决于VCO的抖动, 此时, 高的环路带宽有助于减小总的锁相环的输出抖动。实际上抖动和相位噪声只是对同一问题的两种描述方法, 抖动是从时域的角度对输出信号频率的稳定度的一个描述 (频率的精度取决于输入的参考时钟信号的频率精度) , 相位噪声是从频域的角度对输出信号频谱纯度的一个描述。两者是相互关联的。
2 版图设计
2.1 电荷泵
电荷泵的功能是把PFD的两个电压输出转化成为电流差输出, 输出电流的平均值与PFD的输入差成正比。图二中采用MOS开关来实现电荷泵的充放电。M1和M2为电流源, 它们为环路滤波器提供恒定的充放电电流;M3和M4为电压控制MOS开关, 它们负责控制充电或放电通路的打开和断开;VB2和VB1分别为M1和M2的栅极偏置电压, 他们分别由两个基准电压源提供。可以在DOWN和M3的栅极之间插入一个互补传输门, 使延迟时间相等。在此电路中, MOS开关的尺寸必须要考虑, 开关应尽量小, 同时P管和N管的寄生效应要尽量一致。所以在绘制版图的时候要十分注意。
2.2 VCO
压控振荡器包含V/I转换电路与电流控制振荡器两部分, V/I转换电路将控制电压转换为控制电流, 以控制延时单元的延时量, 从而控制振荡频率。
这里提供一个例子:CCO的设计采用了四个环形连接的差分延迟单元。延时单元采用对称负载的结构, 管子精确匹配。图三为延时单元版图。
在版图设计过程中, 对VCO的版图进行后仿真时, 发现VCO的最高振荡频率比电路级仿真结果下降了很多。通过对各种寄生参数抽取结果的分析发现, 金属线对衬底的寄生电容对VCO的频率影响最大, 这是频率衰减的主要原因。最后通过修改布局以减小金属线的长度, 同时根据VCO的电流要求, 选择最小的金属线宽度, 使得金属对衬底寄生电容达到最小, 最后仿真结果表明这种对版图的修改是成功的, 且VCO的频率范围在典型条件下达到了要求。高频VCO的版图设计需要注意以下事项:
(1) VCO内部连线尽可能短 (通过布局实现) ;设计中应用环形振荡器, 尽量保证信号连线的寄生对几级延时单元的影响是一致的, 也就是连线的长度尽量做到一般长短。
(2) VCO内部的金属线的宽度尽可能小以减小寄生电容的影响 (但要满足电流的要求) ;
(3) 在以后对相近频率或更高频率的VCO的设计中, 尽可能地在前端电路级设计过程考虑寄生参数的影响。可以通过对模拟版图的寄生电容进行估算, 在设计的电路中加入寄生电容来改进。
(4) VCO的保护环最好直接接到PAD上。如果工艺有DNW层, 可用DNW包围VCO模块。保护环只能起到有限的作用, 因为对于所有的器件, 模拟和地还是处于同一个衬底上, 噪声依然可以通过衬底自由的流动, 这时就需要更进一步的隔离了, 即深阱隔离。深阱多应用于深亚微米工艺中, 一个关键用处就是为器件提供独立的衬底, 其目的在于用DNW隔离P阱和P衬底, 使衬底耦合噪声变小, 使不同的NMOS器件也能像N阱中的PMOS一样互相分隔开来。
(5) Match的管子一定要加dummy。可以在VCO上面铺一层TOP METEL做隔离。
2.3 整体版图
图四为PLL的整体版图。通过对后仿和实际流片的研究得出:
(1) 系统中包含模拟电路和数字电路, 因此至少需要两套电源与地。这个系统中, 鉴频鉴相器、分频器是数字电路, 采用数字电源供电, 其它电路采用模拟电源供电。在版图布局上模拟模块尽量远离数字模块。
(2) PLL和数字内核电源环之间的最小间距是30um, 和其它模块的diffusion或well之间的最小间距为100um, 这样可以有效地减小噪音通过衬底对PLL的干扰;还有一个小建议, 在每组电源地之间也可以放NMOS或PMOS旁路电容, 然后把这些旁路电容摆在整个PLL模块周围, 这样可以滤掉电源高频噪声。PLL和其他模块电路之间需要较大的距离, 这些空间的一部分可以由这些旁路电容来填充。
(3) 电路中各个模块的位置最好能按照信号线的走向连成一个环。PLL的信号连线顺序是由pre-divider进去, 然后接到PFD, 再到CP, 再到LPF, 再到VCO, 最后到post-divider, 所以layout摆放位置也是依照此一顺序来走而不会有各个子电路交错的问题。
(4) PLL的整体版图一般放在整个芯片的角落, 其电源和地的pin应当尽量靠近模拟电源pad, 信号走线尽量短, 以减少干扰。
2.4 串扰
(1) 高频信号线最好与低频信号线分开走, 且尽量不要交叉。
(2) 高频信号线和电源线要避免并排走, 如果避免不了的话给两者之间放一根地线。
(3) 两根不同的电源线不能并排走。
3 结论
本文主要介绍了集成电路一般PLL的工作原理, 对PLL电路的理解对后端设计实现有更好的指导作用。接着阐述了对各种寄生参数抽取结果的分析, 最后详细介绍了在后端设计的过程中, 如何利用各种方法和技巧达到电路要求目的, 使得后端设计能在集成电路的整个设计流程中起到尽可能大的性能优化作用。
摘要：本文分析了集成电路锁相环电路的原理, 通过对电路的研究对后端设计进行分析, 明确版图设计要点, 以试图使后端设计对会影响模块性能等方面加以改善。
关键词：集成电路,PLL,版图设计
参考文献
[1]Keliu Shu.CMOS PLL Synthesizers:Analysis and Design.北京:科学出版社, 2007.19～69.
[2]Alan Hastings.The Art of ANALOG LAYOUT.Prentice Hall, 2001.426～430.
后端应用系统 篇6
1 施工前的准备
在施工前施工人员首先要准备好安装所需的专用工具、测量工具, 特别是一些不常用的工具。如:塞尺、锥销孔铰刀、游标卡尺、电炉、钩形扳手、冲击扳手、液压扳手等。其次施工人员要熟悉工程施工图纸及轴承的技术说明书, 熟悉轴承装配的施工流程及施工技术要求。
查明到货产品 (含备品备件) 的型号、规格、数量等, 与订货合同及设备装箱清单是否相符, 查明装箱数据袋中的产品合格证书、技术条件、说明书、图纸数据、出厂试验记录等规定的技术数据应完整无缺。
设备在安装前进行全面清洗及检查, 并按图纸要求进行预装和试验, 对重要部件的主要尺寸及配合公差进行校核。
轴承装配现场地要有防尘、防风、防雨、防火的措施并保持清洁有足够的照明。
2 灯泡式贯流泵电机后端轴承装配程序
由于灯泡式贯流泵电机是水平安装的, 安装其后端轴承的步骤如下:
2.1 首先吊装轴承支架, 在吊装轴承支架时应注意平稳, 套入转轴时不得碰伤转轴表面;
轴承支架周向和径向以3个偏心销做初步定位;最后以螺栓同定子紧固, 螺栓把合时可借助液压扳手。
2.2 其次装入带绝缘衬垫推力轴承的轴承内座, 并用螺栓 (需
套上绝缘管和绝缘垫圈) 将其固定于轴承支架内, 再在支架内座装预紧弹簧的孔中涂少许润滑脂, 将12个预紧弹簧放入孔中, 靠润滑脂将其初步固定。
2.3 接着将内迷宫套推入, 与轴肩靠紧;装入推力轴承的外圈至其座孔位置与12个预紧弹簧压实。
2.4 将推力轴承的内圈及滚动体加热至高于轴80~90℃后 (但温度不得超过125℃) 推到靠紧内迷宫套的位置。
2.5 装入过渡套, 将其推到推力轴承的靠紧位置。
2.6 接着装入径向轴承的紧定套, 靠紧过渡套;
装入径向轴承和锁紧螺母, 用钩形扳手和冲击扳手旋进锁紧螺母, 到适当位置后用锁定扣锁定。
2.7 再装入隔套与锁紧螺母靠紧;接着装入锁紧垫圈和锁紧螺母, 用专用扳手将其拧紧并锁紧。
2.8 再向轴承座内注油脂, 将轴承内加满;
再将径向轴承外座推入径向轴承的外圈及轴承支架内孔之间, 直到与轴承内座端面靠紧为止, 并对其周向位置用螺栓将其紧固于轴承内座上。
2.9 卸下轴上所有的临时支撑物, 最后固定轴承外盖, 安装上外
迷宫套, 装上测温元件, 盘动转子, 转子应转动平稳, 灵活, 无阻滞感。
3 二级坝泵站水泵电机后端轴承安装关键工序注意事项
3.1 轴承安装过程中, 就工地施工现场的条件和各种工器具很难满足安装的需要。
而我们结合多年的经验, 克服了种种困难做到了在工地施工现场用减单的工具安装轴承。在轴承安装之前首先用千斤顶将转子即大轴向后端轴承侧平移10mm做好标记, 在热套上内迷宫套与轴肩靠紧后再热装上推力轴承, 使推力轴承靠紧内迷宫套, 此时的轴承内座上12个预紧弹簧还处于自由状态, 再次用千斤顶将转子即大轴向相反方向平移10mm使其复原。检查标记, 做好数据记录与预装数据比较无误后方可进行下道工序施工, 这时的推力轴承与轴承内座上的12个预紧弹簧已经压实。
3.2 由于内迷宫套和推力轴承与电机转子轴之间都是过盈配
合, 在现场施工条件好的情况下可用轴承加热器来加热很快就能满足要求, 但现场的条件不允许只能用一些我们常用的方法如:通直流电涡流加热、明火加热和油加热等。用涡流加热时的温度不好控制以及在加热过程中它们的内径膨胀量不好测量, 而明火加热对设备的金属性能有影响不利于设备的运行;所以我们选择了油加热法, 速度虽慢点但可靠, 中途多次用游标卡尺测其内径膨胀量, 等到满足要求后拿出一次性装配成功。
3.3 径向轴承在装入前, 用塞尺测量径向轴承最高滚子与外圈
滚道之间的游隙 (在测量前, 将外圈转动数圈, 确认内外圈和滚子组的中心一致) , 其原始游隙应在0.24~0.33mm之间;在旋进锁紧螺母时一边旋进一边测量径向轴承最低滚子与外圈滚道之间的游隙;安装后游隙应在0.11~0.195mm之间 (不得小于0.11mm) ;游隙合适后, 才将锁定扣锁定。
3.4 在固定轴承外盖之前, 将电机转子盘动几圈, 测量轴承外盖到轴承外圈的间隙使其为-0.
1~0mm, 即确保轴承外盖压住轴承外圈, 否则调整轴承外盖下的垫片确保其间隙。
4 轴承安装过程中以及完成后的检查
首先检查是否将轴承清洗干净, 轴承的绝缘电阻值是否满足要求, 润滑油牌号是否与轴承厂家的技术说明书一致;其次带有绝缘座轴承, 安装时采用钢质定位销定位, 此定位销仅作校正、定位用, 在电机运转前应拔去钢质定位销换上绝缘塞子, 以免轴电流的产生;最后在试运转时检查轴承的温度, 尤其是开始运转的最初两小时, 在这段时间里轴承的上升速率比轴承的绝对温度更能说明故障情况。
结束语
后端应用系统 篇7
2005年以来,政府不断出台政策扶持稀土产业,但都集中于前端产业的整合兼并,忽视后端产业的发展。而稀土真正的价值在后端应用环节,越向后端发展,产品附加值越高,稀土产业发展瓶颈正是后端产业。有学者认为稀土后端产业必须进行整合,扩大企业规模以获得规模经济,并且大规模企业更容易获取强大的资金和技术支持, 从而提高综合效率。然而相比于稀土后端产业发达的国外企业,如日本、法国企业,我国企业生产规模还非常小, 大部分企业规模还不到它们的十分之一。那么,稀土后端产业是否存在整合的必要性?是否存在规模报酬经济?大规模企业经营绩效是否优于小规模企业?这些问题都值得我们深入研究。
有很多学者就稀土产业的绩效问题展开了研究。马越峰、李建忠(2013)和王晓红、李学峤(2012)对整个稀土行业进行了绩效评价,认为稀土行业处于规模收益递增的阶段,应适当增加投入以实现规模收益。吴一丁、赖程(2015)区分稀土产业链进行绩效研究,发现稀土前端企业绩效优于后端企业,认为这是制约后端企业发展的重要因素。谢江龙、齐捧虎、刘思佳(2013)认为稀土后端企业更具有投资价值,应适当扩大企业的规模,实现经营的规模效率。但该研究停留在理论定性方面,缺乏相应的定量分析。
综上所述,学者们对稀土绩效问题的研究,要么立足于稀土整个行业的绩效分析,要么着眼于稀土前、后端产业绩效的比较,要么停留在理论研究上,专门针对稀土后端产业不同规模企业绩效差异的实证研究尚未展开。本文正是基于规模视角,将稀土后端企业划分为大规模和小规模两大类,运用DEA模型比较这两类企业综合效率的高低。希望本文通过分析得出的结论,为稀土后端产业的整合提供实证支持,并提出相应的对策建议,以增强稀土产业的核心竞争力。
二、研究方法——DEA
DEA方法是一种线性规划技术,是最常见的非参数前沿效率分析方法。1978年著名的运筹学家Charnes、Cop- per和Rhodes首次提出CCR模型,后来Banker等在1984年对其进行改进并提出了BCC模型。此后DEA方法得到长足的发展,被广泛运用于分析产业进步、技术进步等领域的效率。相比于传统的因子分析等模型,DEA在处理 “多投入—多产出”的有效性评价方面有着绝对的优势。 在运用时无需确定权重,这有效避免了评价时可能产生的主观影响。CCR模型是在不考虑规模收益的情况下求得综合效率,BCC模型则将规模收益予以考虑,从而求出纯技术效率,两者结合能够得出规模效率值。本文主要考虑规模对绩效的影响,因此先选择CCR模型得出综合效率,再通过BCC模型得出规模效率。
(一))测测量量综综合效率的不变规模报酬CCR模型
每个DMU有m种投入Xj和s种产出Yj,假设规模收益不变,计算得出的每一个决策单元(DMU)的θ值为企业的效率值,介于0 < θ ≤ 1之间,当θ=1时表示该企业处于生产前沿面,即DEA有效。λ、s+、s-分别表示N×1维常数向量及投入、产出松弛变量。
(二)测量纯技术效率的可变规模报酬BCC模型
利用CCR模型可以判断某些决策单元DEA是否有效,但无法判断DEA无效单元是技术无效还是规模无效。 为了进一步探讨纯技术效率和规模效率,Banker和Coo-per将凸性假设引入CCR模型中,提出了BCC模型(即规模收益可变的VRS模型)。
假设模型BCC对DMUj有最优解σ、λ、s-、s+,其含义与CCR模型相同。
通过CCR模型与BCC模型的结合,可以计算出综合效率(crste)、纯技术效率(vrste)与规模效率(se),其中: crste=vrste×se。传统的因子分析和DEA等方法只能进行静态分析,虽然已有文献中有不少采用DEA方法进行绩效评价,但都存在一个误区,即将不同年份的结果相互比较。本文在遵循DEA基本原理的基础上,将选取的决策单元构成的面板数据置于一个动态评价体系中,使结果更加具有可比性,在研究方法上进行了一定的创新。
三、指标选取和数据来源
(一)指标选取
本文参考多数学者采用DEA模型研究稀土问题选取指标的方法,并结合稀土后端产业自身的特点,选取指标如表1所示:
选取资产总额和固定资产作为投入指标,是考虑到这两个指标反映了企业规模和生产能力的大小。选取职工总数则出于两个方面的考虑:一是该指标是判定企业规模大小的关键因素;二是该指标排除了由于各个具体企业间工资性质不同所造成的偏差。选取主营业务成本是因为该指标是企业日常经营最主要的投入。选取研发支出是因为稀土后端产业属于高新科技产业,研发投入大小直接影响到企业的创新能力,能够考证企业提升研发能力能否对企业的经营绩效产生促进作用。
选取利税总额作为产出指标的原因是不同企业间, 由于国家政策扶持力度不同,享受的税收优惠有很大差别,企业负担的实际税率往往不同,该指标可以剔除实际税率不同造成的误差。主营业务收入是相对于主营业务成本而言的,它是企业最直接、最主要的产出。由于DEA模型样本数据不能为负值,故对样本数据进行修正,保证全部样本数据均为正数。
(二)数据来源
本文选择2005 ~ 2013年为样本研究期间。考虑到样本数据的易得性和可靠性,根据沪、深两市的A股市场,在 “稀土永磁概念股”中按照企业的主营业务类型及比重对样本进行筛选,并按照以下原则剔除:1主营业务为稀土前端产业的企业;2主营业务不属于稀土行业的企业; 3上市时间不久,数据资料不全的企业。最终选择了11家上市公司作为研究对象,所用的原始数据来自锐思金融数据库及作者整理。
结合多数学者对企业规模的划分依据,本文按照如下标准对稀土后端企业进行分类:某企业资产总额大于所有企业资产总额平均数的划分为大规模企业;反之,划分为小规模企业。其中大规模5家,小规模企业6家。由于横店东磁与中钢天源2005年的数据缺失,而个别数据的缺失并不会影响DEA模型的使用效果,故将两者该年数据剔除。最终样本数为97个,选取指标数为7个,符合使用DEA模型样本数大于或等于指标总数两倍的要求。
四、实证分析
本文利用Max DEA软件对稀土后端企业2005 ~ 2013年的面板数据进行比较分析,具体的计算结果如表2所示。
(一)综合效率趋势分析
综合效率是反映企业经营状况最重要的指标,综合效率越接近于1,企业经营状况越好;反之,越差。我们可以通过分析稀土后端企业2005 ~ 2013年综合效率的变化趋势来了解其经营状况,并将大、小规模企业结合在一起,更加直观地对两者进行对比分析。如图1所示:
注:crste表示综合效率,vrste表示纯技术效率,se表示规模效率;irs表示规模收益递增,drs表示规模收益递减“,-”表示规模收益不变;空白栏表示数据缺失。
通过图1可以发现,稀土后端产业综合效率呈现出逐年递减的趋势。2005年处于最高点, 达到0.962,而2013年则降到了最低点0.820;2013年在产出不变的条件下,稀土后端产业有高达18%的投入冗余。由此可见,稀土后端产业经营状况呈现出了恶化态势,可能由以下两方面原因导致:1金融危机影响不断延续,整个宏观经济环境处于低迷状态,尤其是2012年开始,我国经济下行压力巨大,从而影响稀土后端产业的发展。2稀土前端原材料价格相对于以往的“白菜价”而言有了显著提升,这对后端产业的生产经营造成了很大的冲击,大大压缩了后端产业的利润空间。
对比分析不同规模企业: 大规模企业经营绩效整体好于小规模企业,更突出的是除了2013年,大规模企业各年综合效率均大于小规模企业。但值得注意的是,大规模企业综合效率下降较快,除2011年有所上升外,其他年份都处于下降的趋势。小规模企业变化剧烈, 一直处于不稳定的状态,而且近年来还在不断下降。
(二)综合效率差异影响因素分析
通过上文的分析可知,虽然大规模企业和小规模企业综合效率都出现了不同程度的下降,但是大规模企业综合效率还是优于小规模企业的。那么导致两者绩效差异的原因是什么?综合效率可以分解为规模效率和纯技术效率两个指标, 下面将从这两个方面对这一差异展开探讨。
1. 规模效率分析。规模效率指在制度和管理水平一定的前提下,现有规模与最优规模之间的差异。如果规模效率值等于1,表明企业在现有的投入条件下达到了最佳产出水平,规模有效;反之,规模无效。如图2所示:
图2表明,无论是大、小规模企业,规模效率虽未达到有效的水平,但是两者都非常接近1。其中小规模企业在2010年处于规模有效状态,大规模企业2005年的规模效率值也能达到0.999 8,最低也能保持在0.974的水平上, 这说明两者资源配置效率都处于较高的水准。两者的规模效率都处于较平稳的状态,小规模企业好于大规模企业,但差距较小,这表明规模效率并非导致两者综合效率差异的主要因素。我们可以通过分析样本规模报酬状态来判断稀土后端产业是否存在规模报酬经济。
如表3所示,处于规模报酬递增状态的样本数为54个,占样本总数的55.67%;规模报酬不变的样本数为23个,占样本总数的23.71%;规模报酬递减的样本数为20个,占样本总数的20.62%。这说明稀土后端企业大多具有规模报酬经济,适当增大投入规模能够获得更多的产出。
2. 纯技术效率分析。纯技术效率指由于管理和技术等因素影响的生产效率。纯技术效率等于1,说明在目前技术水平上投入资源的利用有效率;反之,则说明无法充分利用投入的资源,导致资源浪费。具体结果见图3:
从图3可以看出,大规模企业纯技术效率明显好于小规模企业,说明纯技术效率才是影响综合效率差异的主要因素。从变化趋势看,大、小规模企业纯技术效率都呈现出下降的态势,大规模企业从2005年的0.989下降到2013年的0.822,小规模企业从2005年的0.935下降到2013年的0.824。这表明稀土后端产业近年研发投入都是无效的,研发资金投入未带来纯技术效率的提升,反而造成浪费。是什么原因导致两者纯技术效率差异的呢?研发投入强度是体现企业技术进步的关键指标,代表研发投入占销售收入的比例,该指标考虑了不同企业的个体差异,具有很强的可比性。
(1)研发投入强度差异比较。如图4所示,2006 ~ 2011年间,大、小规模企业研发投入强度均呈波动上升趋势, 这说明整个稀土后端产业越来越重视技术升级。但从2012年开始,研发投入强度出现了一定程度的下降,这与国家提出的创新驱动战略大相径庭。大、小规模企业间研发投入强度在2010年前相差不大,但2011年后小规模企业超过大规模企业,表明小规模企业更想通过产品创新来获取市场份额,从而超越大规模企业。然而大规模企业在纯技术效率方面依然具有绝对的优势,这是为何呢?我们有必要进一步分析两者研发投入规模的差异。
(2)研发投入规模差异比较。如图5所示,大、小规模企业研发投入规模逐年增加,大规模企业增长速度很快, 在2012年达到最高点,而小规模企业增长趋势相对较平缓。通过比较二者的绝对数之差可以发现,虽然大规模企业研发投入强度近几年低于小规模企业,但是研发投入规模远大于小规模企业。这表明小规模企业虽有技术升级的强烈意愿,却受限于自身条件(如研发资金的严重不足)而影响发展。
(3)研发投入强度与纯技术效率比较。一般来说,研发投入强度逐年上升,纯技术效率也应呈现逐年增长的趋势,实际情况如何呢?如图6、图7所示,无论大、小规模企业都存在一个严重的问题,研发投入强度处于上升趋势,而纯技术效率却一直在降低。与小规模企业相比,大规模企业这种现象更加明显。这说明整个稀土后端产业发展面临很大的问题,研发投入不断增加却无法促进纯技术效率的提升。究其原因,很重要的一点在于后端产业如今发展方向不明确,产品依旧停留在中低端的功能性原料上,对于高端应用环节的元器件等产品研发投入不大,研发资金未能用在“刀刃”上。
五、结论及建议
1. 结论。本文选取稀土后端产业11家上市公司,并按照资产规模划分为大规模企业和小规模企业,以2005 ~ 2013年为样本研究期间,运用DEA模型对大小规模企业间的经营绩效进行比较分析,得出结论如下:稀土后端产业综合效率呈逐年递减趋势;大规模企业综合效率优于小规模企业;大多数企业处于规模收益递增阶段;纯技术效率是导致大规模企业绩效优于小规模企业的主要因素,规模效率二者差异不大;大、小规模企业发展方向不明确,导致研发投入增加无法促进纯技术效率的提升。
2. 建议。
一是推进稀土后端产业整合,扩大企业生产规模。加快整合有利于企业实现规模经济,并且能让企业获得更强大的资金支持。同时扩大企业规模还能够抬高行业的进入门槛,淘汰部分产能落后、杂乱无章的小规模企业, 避免出现同行恶性竞争的情况出现,从而提升后端企业的利润空间。
二是增加研发资金投入,实施创新驱动发展战略。不管是大规模企业,还是小规模企业,纯技术效率都是影响其综合效率的关键因素。而大规模企业纯技术效率之所以强于小规模企业,很大程度在于其拥有更充足的资金投入研发。因此,政府应加大对后端产业基础研发资金的投入,分担企业因研发失败而产生的经营风险,同时加大对在关键领域取得突破企业的奖励力度,激发企业的创新热情。
三是明确产业发展方向,逐步往高端应用产业发展。 大大、小规模企业的研发投入强度虽然逐年上升,但纯技术效效率均呈现出下降的趋势,这与常理相违背。这说明企业研研发资金并未得到有效利用。如果稀土后端企业不能尽快快明确发展方向,则在今后的发展中始终无法充分利用投投入的资源,无法实现关键技术的突破。因此,企业必须尽尽快明确发展方向,政府应正确引导,短期目标是占据稀土土新材料和回收利用领域的制高点,长期目标则是扩大稀稀土元器件产业规模,提升产业竞争力。
最后,加大政府扶持力度,扩大后端产业利润空间。 稀土后端产业综合效率逐年下降,这与政府扶持力度不够有很大关系。近年来,政府关注稀土前端产业的整合兼并,运用行政手段抬高稀土原料价格,致使后端企业难以维持基本生产。后端产业利润空间被一再压缩,导致企业无心进行高端产品研发生产,纷纷转向利润空间更高的前端产业。政府应适当缩小前端产业利润空间,扩大后端产业利润空间,促进稀土产业链向后端产业转移。
参考文献
吴白芦,徐光宪,高小霞,杜挺,杨应昌,李光.稀土的战略意义──我国面临的挑战及对策建议[J].中国软科学,1996(4).
李文龙.我国稀土产业可持续发展问题研究[J].科学管理研究,2011(1).
赖丹,吴一丁,赖程.政策干预背景下的中日稀土后端产业效率比较研究[J].江西社会科学,2014(12).
张斌,林枫,王志明.关于促进我国稀土产业发展的战略思考[J].价格理论与实践,2013(4).
王毅.我国企业核心能力实证研究[J].管理科学学报,2002(2).
后端应用系统 篇8
关键词：SAW,信号处理,频率检测,FPGA
0 引 言
随着声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)技术的发展,SAW传感器已经成为重要的一个分支。声表面波传感器以其体积小,重量轻,功耗低,以及灵敏度高,抗干扰强,精度高,重复性和一致性良好的特点,可以实现无线传感,便于大批量生产,成本低,目前已经成为了各种高性能传感器的首选。
常用的SAW气体传感器由SAW器件、敏感薄膜和信号处理电路组成[1]。在实际使用中,为了使声表面波传感器使用更加方便,需要最终设计制造出一块集环境感应、数据读出和数据处理为一体的专用电路,因此该电路最终将是一块大规模的混合信号处理电路,是整个传感器电路的一个重要模块,需要仔细设计和优化。对于声表面波气体传感器的处理电路设计,文献[2,3]分别报道了采用相关高频震荡电路实现传感器信号处理的方法。文献[2]中采用了改进的皮尔斯振荡器和DDS检测法对其信号进行处理。2005年,Shen Yutang等人提出了一种新的声表面波传感器电路设计方案[4],采用了模拟与数字结合的方法,利用双通道结构取得了较好的结果。
本文通对SAW传感器原理的分析和研究,结合设计SAW气体传感器的要求,设计了一个该传感器后端的信号处理电路,着重分析了其后端频率检测电路的原理,并对其可能产生的误差进行了分析,提出了电路设计方案和具体结构,并利用FPGA技术对该电路做出了具体的实现。
1 SAW气体传感器原理
声表面波是一种在固体表面传播的弹性波。由于这种波是在固体的表面进行换能和传播的,所以信息的注入、提取和处理都相对比较方便。根据文献[5]可知,外界环境对SAW器件波速的影响可以用式(1)表示:
通过式(1)可知,当环境中被测量的参数有一定变化时,就会引起SAW波速的变化,于是SAW波速的变化即可以反映出被测量的变化。
当SAW器件上的敏感膜与待测气体之间发生化学或者物理变化时,敏感膜的质量和导电率也将发生变化,而产生质量沉积效应[3,5],从而引起SAW器件的波速发生变化,进而使SAW的谐振频率发生变化。由于气体浓度的不同,引起的薄膜参数变化也不相同,以至SAW器件谐振频率的变化也不相同。因此,通过测量SAW器件谐振频率的变化,可以得知被测气体的变化。于是,根据该原理,设计的信号处理电路结构如图1所示。该电路采用双通道结构,利用两个SAW振荡器,其中一个SAW振荡器涂有敏感膜材料,用来感应外界环境变化;另一个SAW振荡器无敏感膜材料,用作参考通道。将两个振荡器的输出进行混频和滤波之后,就可以得到SAW谐振频率的变化量。于是,通过后端的整形和频率检测电路,可测出SAW谐振频率的变化,从而得到外界气体环境的变化。
2 电路设计
设计SAW传感器信号处理电路的最终目标是制造一块集高频振荡、混频、滤波和频率计数为一体的专用集成电路,显然该电路是一个混合信号的处理芯片。为了较容易地完成整个系统的设计,按功能将图1电路分为振荡、混频、滤波、波形变换和频率检测五个部分。
在具体电路设计中,采用谐振频率为433.92 MHz的SAW器件。首先利用正反馈原理,并采用电容反馈式结构设计SAW振荡器,将外界环境变化转换为正弦频率信号后,再选用Motorola公司的MC1496混频器将正弦信号混频并滤波,得到的信号经过波形变换后,成为一个频率范围在2 MHz左右的方波信号。于是,接下来的重点将是设计一个可以精确测量方波信号的频率检测电路。
2.1 频率检测原理及误差分析
为了能够精确地检测出输出信号的频率,采用基于FPGA的数字式频率计的方法。常用的数字式频率检测方法有直接测频法、周期测频法、多周期测频法等[6]。通过对这几种方法的研究和比较,选用直接测频法对输出信号进行检测。
直接测频法就是在一定的时间间隔T内,也就是所谓的闸门时间内测得输入周期信号重复变换的次数N,于是根据频率与周期的关系,被测信号的频率可以表示为:
直接测频法会产生测量误差,该误差可以表示如下:
式中:ΔN/N=±1/N=±1/(Tfx),称为±1误差;ΔT/T=Δfc/fc,称为标准频率误差。±1误差是模拟量转化为数字量时产生的误差,是一种量化误差,而标准频率误差取决于数字电路时钟信号的频率稳定度。
2.2 设计方案
直接测频法的原理如图2所示。由图看出,该电路可以分为周期计数、时序控制、输出显示三个大部分。通过在单位时间或者与单位时间有10倍关系的时间内,测量输入信号的周期变化次数,并最终将结果输出。
通过对上述原理的分析,给出频率计的整体设计方案如图3所示。该频率检测电路划分为6个子模块电路。通过各个分块设计,可以利用FPGA的优势与可编程性,自顶向下,分块地实现各模块的功能。
各单元电路的功能分别是:
放大整形电路 把被测信号转变成脉冲信号。
闸门选择电路 产生不同的闸门开通时间T。
分频器电路 提供时基信号,作为时间基准。
门控电路 产生闸门开通、计数器清零和锁存器的锁存信号。
计数器 将信号频率以十进制数的形式记录。
锁存器 将十进制计数器计得的数锁存下来。
在设计中,通过两位量程选择开关的控制,对时钟信号进行分频,可以得到1 s,100 ms,10 ms和1 ms四个不同的闸门开通时间。同时,计数部分采用六位十进制计数,于是可以得到0.1～100 MHz四个频率检测量程。
2.3 仿真及其测试
利用VHDL语言对电路的各个子模块编写相应的代码,并用EDA软件Quartus Ⅱ对源程序进行了编译、优化、逻辑综合,自动地将VHDL语言转换成门级电路,进而完成了对电路的分析、验证、自动布局布线、时序仿真、管脚锁定等各种工作。最终所设计的顶层电路如图4所示。该电路结构中,clk为系统的时钟信号;Fx为输入的检测信号;s1,s2为整个电路的量程选择控制输入端。通过s1,s2可以控制频率检测电路检测范围。
最后,采用了Altera DE2开发板,将设计的电路下载到硬件电路中,从而完成了对整个频率检测电路的设计工作,并利用函数发生器对电路进行了验证。在2 MHz左右的测试结果如表1所示。
3 结 语
本文设计了一种SAW传感器中的信号处理电路,对该电路中的频率检测部分,利用了FPGA技术,使频率检测的范围和精度满足了传感器的要求。通过对所设计电路的计算机仿真和实验,验证了设计的信号处理电路的可行性。
参考文献
[1]Penza M,Antolini F,Vittori M.Antisari.Carbon Nanotubesas SAW Chemical Sensors Materials[J].Science Driect,2004,100(1-2):47-59.
[2]张奕,吴志明,杨桃均,等.一种谐振器型单端SAW湿度传感器的测试系统[J].传感器世界,2007,13(5):13-16.
[3]毛伟.声表面波传感器及其接口设计的研究[D].杭州:浙江大学,2006.
[4]Shen Yutang,Huang Chengliang,Robert Chen,et al.A No-vel SH-SAW Sensor System:Sensors and Actuators[J].Science Driect,2005,107(27):283-290.
[5]Susan L,Hietala,Vincent M,et al.Dual SAW Sensor Tech-nique for Determining Mass and Modulus Changes[J].IEEETrans.on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control,2001,48(1):262-267.
