杨 硕，狄长安，李大海，张永建

（南京理工大学 机械工程学院，南京 210094）

某型火炮进行连续射击时，火力系统的PHM系统[1-2]需要在射击的间隔内完成故障诊断与健康评估，考虑到信号采集与健康评估时间，信号预处理与特征提取功能需要在2 s 之内处理复杂信号约9 MB 数据，每秒需要处理的数据量可达到500 M次MAC 运算。

通用CPU 平台[3-4]、数字信号处理器（DSP）[5-6]、现场可编程逻辑门阵列（FPGA）[7]是PHM 系统处理器的典型代表。通用CPU 计算平台设计灵活，适应性强，但是计算能力较弱，无法满足实时性要求；DSP 具有较强的信号处理能力，但是一般需要使用FPGA 扩展以实现信号采集，这导致了硬件设计上的复杂化，提高了系统成本。因此，如何低成本地实现大量测量数据的快速预处理成为某型火炮火力系统PHM 亟需解决的瓶颈问题之一[8-9]。

FPGA 上集成了丰富的资源，具有很高的灵活性与并行处理能力，目前已经广泛应用到了雷达信号处理[10]、5G 通信[11]、神经网络加速[12]等 前沿领域。ZYNQ 芯片在一个芯片上集成了PS（processing system，处理系统，即ARM）和PL（programmable logic，可编程逻辑，即FPGA）这两个可编程部分，并通过AXI 总线实现高速互联互通，具有较高性能和较高可扩展性。引入ZYNQ 有望以较低成本解决某型火炮火力系统PHM 的大量测量数据的快速预处理问题[13-14]。

本文研究PHM 信号预处理典型算法，分析其热点计算部分，研究一种基于ZYNQ 软硬件协同计算的PHM 系统信号快速处理方法。该方法将PS 端的卷积运算offload 至PL 端，并对卷积运算电路进行了速度与精度优化，以期达到提升计算效率的目的。……