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基于Xilinx ZYNQ的说话人识别的研究与设计

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基于Xilinx Zynq的说话人识别的研究与设计

作者：樊帅电子科技大学

学位级别：硕士

随着嵌入式系统和说话人识别技术的发展,基于嵌入式的说话人识别系统已经广泛应用在医疗服务、银行证券、公安司法等领域。近年来,随着移动互联网的发展,使用手机、平板电脑等手持设备实现异地身份验证,语音信号可能是表征用户身份的首... 详细信息

随着嵌入式系统和说话人识别技术的发展,基于嵌入式的说话人识别系统已经广泛应用在医疗服务、银行证券、公安司法等领域。近年来,随着移动互联网的发展,使用手机、平板电脑等手持设备实现异地身份验证,语音信号可能是表征用户身份的首选特征参数,掀起了一股说话人识别研究的新热潮。本文设计了基于Xilinx ZYNQ的与文本无关的说话人识别系统,为后续基于移动设备的开发应用奠定基础。本文的主要工作如下:首先,介绍了语音信号的采样量化、预处理和特征参数提取方法。详细阐述了预处理的关键技术:预加重、分帧加窗以及端点检测;详细介绍了特征提取方法MFCC。其次,介绍了高斯混合模型（GMM）的基本原理。具体介绍了运用高斯混合模型进行参数训练的期望最大化（EM）算法,参数训练初始化的k-means算法。阐述了说话人识别系统训练和识别的原理,并使用Matlab进行了仿真实验。再次,本文以Xilinx ZYNQ为硬件平台,构建了嵌入式与文本无关的说话人识别系统。通过介绍Xilinx ZYNQ硬件资源,将系统的软件架构分成两部分:PC机辅助软件及嵌入式识别软件,两者通过NFS文件系统进行文件共享。PC机辅助软件主要用于GMM模型参数的训练和识别算法的验证。考虑到FFT计算单元的复杂性,设计了Real FFT硬件加速模块。为包含有Real FFT硬件逻辑的硬件平台搭建了嵌入式环境,这包括添加解析配置文件的u-boot新命令并修改u-boot源码使其支持多系统引导、修改设备树源文件对Flash进行分区、制作根文件系统并将其编译至Linux内核中。然后设计了硬件逻辑的软件接口。最后,对说话人识别系统进行了测试,分析了系统的识别率以及系统响应的实时性,并阐述了对将来工作的展望。

关键词：说话人识别高斯混合模型 MFCC Xilinx ZYNQ

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面向嵌入式系统的加密算法性能检测方法

重庆大学学报 2020年第11期43卷 1-10页

作者：柯亚文蔡挺夏晓峰向宏重庆大学大数据与软件学院重庆400044 重庆大学信息物理社会可信服务计算教育部重点实验室重庆400044

嵌入式系统信息安全是保障工业控制系统安全的必然要求,然而有限成本的硬件资源可能无法有效支撑加密算法应用所带来的额外计算开销。为研究面向嵌入式系统中加密算法移植的可行性和对系统性能的影响,提出了一个嵌入式系统加密算法性能... 详细信息

嵌入式系统信息安全是保障工业控制系统安全的必然要求,然而有限成本的硬件资源可能无法有效支撑加密算法应用所带来的额外计算开销。为研究面向嵌入式系统中加密算法移植的可行性和对系统性能的影响,提出了一个嵌入式系统加密算法性能度量方法,通过构建等效度量实现系统侧和密码侧两部分抽象层次的联系。实验利用该方法,以运行时间延迟、吞吐量和系统资源使用率为度量指标,完成对包括国产加密算法与轻量级算法等在内的多种不同配置加密算法的性能测评。实验结果表明加密算法密钥长度的增长会增加算法执行的延时,算法分组大小的增大会提高算法的运行速度,使用不同加密模式造成的性能影响随加密算法不同而表现出差异性。直接部署加密算法检测任务执行时系统的指标值可以简化测量,相比其他抽象模型在工业场景中的应用更有实际意义。

关键词：嵌入式系统加密算法性能检测轻量级密码 Xilinx ZYNQ

基于zynq平台的嵌入式操作系统实时性优化设计

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基于Zynq平台的嵌入式操作系统实时性优化设计

作者：吴华侨哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着信息科技的飞速进步和嵌入式技术快速普及的今天,实时操作系统在嵌入式方面具有广阔的应用前景。Linux操作系统拥有着源代码开源、性能较为稳定以及较低的成本等特性,其作为嵌入式实时操作系统是最理想选择之一。嵌入式系统早已在... 详细信息

随着信息科技的飞速进步和嵌入式技术快速普及的今天,实时操作系统在嵌入式方面具有广阔的应用前景。Linux操作系统拥有着源代码开源、性能较为稳定以及较低的成本等特性,其作为嵌入式实时操作系统是最理想选择之一。嵌入式系统早已在很多领域中普遍运用,例如在国防科技、无线通信、自动化控制等方面。嵌入式操作系统运用在无线通信基站当中,基于无线通信基站与用户终端之间的通信必须要能够达到实时性,即能够实时通信,但是由于在开发过程中发现实时性不能满足使用的要求,在通信的过程中产生了一定的延迟,主要原因是基于Xilinx ZYNQ平台的嵌入式操作系统Linux的实时性不能满足使用的要求。因此本文以在Xilinx ZYNQ平台上对Linux操作系统的实时性进行优化改进,详尽的论述了有关Linux内核能够被抢占以及Linux相关进程的调度算法。分析已有的关于改进实时性的技术,并且在特定模式下选择一种适用于Xilinx ZYNQ平台的改进实时性方案。针对上述问题,本文从以下几个方面开展基于Xilinx ZYNQ平台的嵌入式操作系统实时性优化设计:1.研究分析了Linux内核是否能够被抢占,研究了关于Linux为了对实时性的改进而选择修改在内核中的代码。2.分析嵌入式操作系统Linux已经提供的实时算法,并对当前的Linux操作系统进行实时改进技术的研究。本文主要研究了CFS算法、实时调度算法,与此同时研究了在调度过程中关键的数据结构以及相关函数,同时对现有的硬实时和软实时的算法进行了分析比较。3.针对硬件平台Xilinx ZYNQ进行分析,同时总结该平台相关的关键技术和开发流程。4.本文针对Xilinx ZYNQ的硬件平台做出了关于改进实时性的工程。首先,由于linux操作系统中有两种任务,一种是实时任务,另外一种是非实时任务,因此基于Xilinx ZYNQ平台使用双内核进行操作,其中一个core上执行实时任务,在另外一个core上执行普通的任务,提高处理速度,减少相对应的延迟,若执行实时任务的core上存在多个短周期任务,由于短周期任务优先级高,会频繁占用优先级较低的任务的处理器,这样容易导致频繁的上下任务不停的交换。基于这种情况可以使用基于延迟的单调速率调度算法来解决这个问题。最后对基于Xilinx ZYNQ平台上进行软硬件联合测试,实现了预期的效果。实验结果表明,针对Xilinx ZYNQ平台的嵌入式操作系统Linux的时延得到了有效的控制,实时性得到了优化。

关键词：嵌入式 Linux内核 Xilinx ZYNQ 实时性

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基于zynq的数据中心接口单元设计

基于ZYNQ的数据中心接口单元设计

作者：吕俊杰中国科学技术大学

学位级别：硕士

近几十年来我国经济快速发展,对矿产资源的需求不断提高,然而在我国广阔的疆土上还有大量的矿产资源未被探明。利用地球物理勘探技术可以探测地球内部的结构与构造,从而寻找资源。瞬变电磁法是一种非常重要的地球物理勘探方法,其基本原... 详细信息

近几十年来我国经济快速发展,对矿产资源的需求不断提高,然而在我国广阔的疆土上还有大量的矿产资源未被探明。利用地球物理勘探技术可以探测地球内部的结构与构造,从而寻找资源。瞬变电磁法是一种非常重要的地球物理勘探方法,其基本原理是利用电磁感应定律来探测介质的电阻率。多通道瞬变电磁法将瞬变电磁法进行多通道拓展,这对数据传输系统带来了新的挑战。多通道瞬变电磁法数据传输系统由数据中心和下级的分布式节点组成,为了使数据中心和下级节点通信,需要一特定外设,即数据中心接口单元。本文主要介绍了多通道瞬变电磁法数据传输系统中数据中心接口单元的设计和优化。多通道瞬变电磁法数据传输系统在结构上分为四层,对应四种站体,分别是采集站、电源站、交叉站、数据中心,站体间采用多条链状结构相互级联。该数据采集系统具有可扩展性和可靠性等特点。系统数据传输的可靠性通过TCP/IP协议和基于硬件的可靠传输协议实现。该数据传输系统对数据中心接口单元提出了以下需求:高数据率、可靠性、便携性、系统管理。数据中心接口单元的设计基于Xilinx ZYNQ,该芯片包含FPGA部分和ARM部分,本文的设计是FPGA、驱动、应用程序的协同设计。数据中心接口单元与数据中心和交叉站之间的接口选择都为千兆以太网。数据中心接口单元与数据中心间通过ARM上搭载TCP协议进行数据传输,与交叉站之间通过在FPGA实现基于硬件的传输协议进行数据传输。数据传输中,FPGA和ARM的通信通过高速的DMA传输技术来实现。本文的设计还通过对数据帧的打包合并提高了数据率,通过多级缓存的设计提高了数据的可靠性。数据率测试表明数据中心接口单元的可靠数据率可达330Mbps,满足高数据率的要求。本文还提出了一种提高数据中心接口单元数据率的优化方案,该方案基于非对称多处理架构和LWIP协议栈。经测试该方案的可靠数据率达到530Mbps,相比 330Mbps 有 60%的提升。

关键词：多通道瞬变电磁法数据传输系统可靠数据传输 Xilinx ZYNQ FPGA DMA 千兆以太网