デバイス開発ボード SMT アセンブリ
開発ボードは、組み込みシステムの開発に使用される回路基板であり、中央処理装置、メモリ、入力デバイス、出力デバイス、データ パス/バス、外部リソース インターフェイスなどの一連のハードウェア コンポーネントを含みます。 開発ボードは、一般的に組み込みシステムの開発者自身が開発ニーズに応じてカスタマイズしたり、ユーザー自身が調査および設計したりすることができます. 開発ボードは、初心者がシステムのハードウェアとソフトウェアを理解し、学習するためのものです.開発ボードは、基本的な統合開発環境、ソフトウェア ソース コード、およびハードウェア回路図も提供します. 一般的な開発ボードには、51、ARM、FPGA、および DSP 開発ボードが含まれます. CPU、FPGA、DSP などを統合するだけでなく、開発ボードもキーボードやLCD、プログラムダウンロードインターフェース、メモリ(RAM)、FlashROM、電源モジュールなど、比較的完全な入出力インターフェースが必要です。
基本的な概要
開発ボード (デモボード) は、中央処理装置、メモリ、入力デバイス、出力デバイス、データ パス/バス、および外部リソース インターフェイスなどの一連のハードウェア コンポーネントを含む、組み込みシステムの開発に使用される回路ボードです。開発プラットフォーム(ホスト)とターゲットプラットフォーム(ターゲット)、つまり開発ボードの2つのプラットフォームに大別されます.ここで説明する開発プラットフォームとは、コンピューターを使用してターゲットプラットフォームに接続することを指します.シリアル ポート (RS-232)、USB、パラレル ポート、またはネットワーク (イーサネット) などの伝送インターフェイスを介して。
開発ボードは、一般的に組み込みシステムの開発者自身が開発ニーズに応じてカスタマイズしたり、ユーザー自身が調査および設計したりすることができます. 開発ボードは、初心者がシステムのハードウェアとソフトウェアを理解し、学習するためのものです.開発ボードは、基本的な統合開発環境、ソフトウェア ソース コード、およびハードウェア回路図も提供します. 一般的な開発ボードには、51、ARM、FPGA、および DSP 開発ボードが含まれます。
選考要件
組み込みシステムの開発では、最初に独自の開発ニーズを満たす CPU、FPGA、および DSP のタイプを選択する必要があります。次に、選択した CPU、FPGA、および DSP のタイプに応じて、選択したチップをサポートする開発ボードの範囲を選択する必要があります。繰り返しますが、開発ボードが提供する開発環境と技術サポートの能力とレベルが優先されます.最後に、開発ボードはCPU、FPGA、DSPなどを統合することに加えて、開発ボードも比較的必要とすることを考慮する必要があります.キーボードやLCD、プログラムダウンロードインターフェース、メモリ(RAM)、FlashROM、電源モジュールなどの完全な入出力インターフェースと同時に、開発の初期段階でのデバッグの便宜のために、いくつかの特別なピン、 JTAG インターフェイス、USB、シリアル ポートなどは、外部デバッグ モジュールで使用するために引き出されます。
開発移行
ハードウェアと仕様が決定したら、次は初期システム開発に入り、オープン環境を構築します.プロジェクトで使用する組込みOSが自社開発ではなく、他のメーカーから購入された場合、ほとんどの場合、統合開発環境 (IDE) とエミュレータ (Emulator) を使用して、開発者が開発プロセス全体を高速化できるようにする. システム メーカーによって移植されたオペレーティング システムを取得し、十分な関連情報を提供したことを確認した場合,ターゲット プラットフォームの統合アクションを実行できます。
オペレーティング システムを選択した後、通常、開発プラットフォームで使用されるさまざまな開発ツール (コンパイラ、リンカなど) を指定します。開発時に設定する必要があるコンパイル パラメータは、環境ごとに異なります。ハードウェアの仕様と指示に従って実行可能なイメージ ファイルを作成し、書き込みツールを使用してターゲット プラットフォームに書き込みます。
開発ボード分類
シングルチップマイコン
①51シリーズMCU
51 シングルチップマイクロコンピュータには多くの種類があります. 8031/8051/8751 は Intel の初期の製品ですが, ATMEL の AT89C51 と AT89S52 はより実用的です. ATMEL 社の 51 シリーズには AT89C2051 もあります. AT89C51をベースに機能を簡略化現在市場に出回っているチップはATMELの51、52チップ、HYUNDAIのGMS97シリーズ、WINBONDの78e52、78e58、77e5
②PICシリーズMCU
世界中で、PIC マイクロコントローラーは、コンピューター周辺機器、家電制御、通信、スマート機器、自動車用電子機器から金融電子機器まで、さまざまな分野で広く使用できます.PIC シリーズのシングルチップ マイクロコンピューターは次のように分類されます。厳しいコスト要件を持つさまざまな家庭用電化製品の選択; 内部 A/D コンバータ、E2PROM データ メモリ、コンパレータ出力、PWM および SPI インターフェイス出力、I2 などの高性能を備えた PIC12C6XX などの中間シリーズ; PIC 中間シリーズ製品は、さまざまなハイ、ミディアム、ローエンドの電子製品の設計に適しています. PIC17CXXなどの高度なシリーズは、豊富なI / O制御機能を備えており、EPROMとRAMで外部拡張でき、ハイエンドでの使用に適しています.およびミッドレンジの電子機器。
③AVRシリーズMCU
AVR シングルチップ マイコンは、ATMEL が 1997 年に開発した Flash 内蔵拡張 RISC (Reduced Instruction Set CPU) で、命令セットを削減した高速 8 ビット シングルチップ マイコンです。コンピュータ周辺機器、産業用リアルタイム制御、計装、通信機器、家電製品など、さまざまな分野で広く使用されています。
④ARM開発ボード
ARM 開発ボードは、ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-M、Cortex-A、および Cortex-R を含む ARM コア チップの組み込み開発バージョンです。ドキュメントが統合され、開発が容易になります。現在、ATMEL、NXP を含むチップ、ST、および Freescale は、ARM コアおよび対応する開発ボードに基づくチップを発売しました。
CPLD/FPGA
CPLD (Complex Programmable Logic Device) 複雑なプログラマブル ロジック デバイスは、PAL および GAL デバイスから開発されたデバイスであり、比較的規模が大きく、構造が複雑であり、大規模集積回路の範囲に属し、デジタル集積回路です。基本的な設計方法は、統合開発ソフトウェア プラットフォームを使用して、回路図とハードウェア記述言語を使用して対応するターゲット ファイルを生成し、コードをチップを介してターゲットに送信することです。設計されたデジタル システムを実現するためのダウンロード ケーブル (「インシステム」プログラミング)。
今日、多くの企業が CPLD プログラマブル ロジック デバイスを開発しています. 典型的なものは、世界の 3 つの権威ある企業である Altera、Lattice、および Xilinx の製品です. 一般的に使用されるチップは、Altera EPM7128S (PLCC84)、Lattice LC4128V0 (TQ XC95108 (PLCC84) です。 )
FPGAとは英語でField-Programmable Gate Arrayの略、つまりField Programmable Gate Arrayであり、PAL、GAL、CPLDなどのプログラマブルデバイスをベースにさらに発展させた製品であり、セミカスタムとして登場した。カスタム回路のショートカットを解決するだけでなく、限られた数の元のプログラマブル デバイス ゲートのショートカットも克服します。
現在、FPGAには、XILINXのXCシリーズ、TI社のTPCシリーズ、ALTERA社のFIEXシリーズなど、さまざまな種類があります。
DSP
DSP(デジタル シグナル プロセッサ)は、大量の情報をデジタル信号で処理するユニークなマイクロコントローラで、その動作原理は、アナログ信号を受け取り、0 または 1 のデジタル信号に変換し、変更、削除、削除することです。デジタル信号を強化し、デジタルデータをアナログデータまたは他のシステムチップの実際の環境フォーマットに解釈します. プログラム可能であるだけでなく、そのリアルタイム実行速度は、毎秒数千万の複雑な命令プログラムに達する可能性があります.汎用マイコンをはるかに凌駕し、デジタルエレクトロニクスの世界で重要性を増しているコンピュータチップであり、その強力なデータ処理能力と動作速度の高さは高く評価されています。
現在、主流の DSP チップには、主に ADI Company の TI 2000 シリーズ、TI 5000 シリーズ、TI6000 シリーズ、および ADI DSP シリーズが含まれます。
腕
Advanced RISC Machines の略である ARM は、マイクロプロセッサのクラスの総称であり、マイクロプロセッサ業界でも有名な企業であり、高性能、安価、低電力の RISC を数多く設計しています。プロセッサ、関連技術およびソフトウェア. この技術は、高性能、低コスト、低消費電力を特徴としており、組み込み制御、民生/教育用マルチメディア、DSP、モバイルアプリケーションなど、さまざまな分野に適用できます.
現在、ARM の主流は次のカテゴリに分類されます。
ゲームボーイアドバンス、ニンテンドーDS、iPodで使用されるARM7TDMI
ARM9TDMI Armadillo、GP32、GP2X (最初のコア)、Tapwave Zodiac (Motorolai. MX1); GP2X (2 番目のコア)
ARM9E Nintendo DS、NokiaN-GageConexant 802.11 チップ、ST Micro STR91xF、
ARM11 ノキア N93、ズーン、ノキア N800、ノキア E72
Cortex Texas Instruments OMAP3、Broadcom はユーザー、Luminary Micro ファミリのマイクロコントローラ
MIPS
MIPSは、世界で非常に人気のあるRISCプロセッサです.MIPSとは「Interlocked piped Stagesのないマイクロプロセッサ」(Interlocked Piped Stagesのないマイクロプロセッサ)を意味し、そのメカニズムは、パイプライン内のデータ関連の問題を可能な限り回避するためにソフトウェア手法を使用することです.
MIPS は 1980 年代初頭にスタンフォード大学の Hennessy 教授が率いる研究グループによって最初に開発されました. MIPS の R シリーズは、これに基づいて開発された RISC 産業用製品のマイクロプロセッサです. これらのシリーズの製品は、多くのコンピュータ会社でさまざまなコンピュータを形成するために使用されています.ワークステーションとコンピュータ システム。
MIPS は RISC CPU の中で最も売れていると言えます. ソニー、任天堂のゲーム機、Cisco ルーター、SGI スーパーコンピューターなど、どこからでも MIPS 製品が販売されています. Intel と比較して、MIPS の認証料金は比較的安価です.その後、MIPSは戦略を変更し、組み込みシステムに焦点を当て始め、高性能で低電力の32ビットプロセッサコア(コア)MIPS324Kcと高い-パフォーマンス 64 ビット プロセッサ コア MIPS64 5Kc. 2000 年に、MIPS は MIPS32 4Kc および 64 ビット MIPS 64 20Kc プロセッサ コアのバージョンをリリースしました。
MIPS32 4KcTM プロセッサは、MIPS テクノロジを使用したシステム オン チップ用に特別に設計された、高性能で低電圧の 32 ビット MIPS RISC コアです。
MIPS 64 20Kc は強力な浮動小数点機能を備えており、1 プロセッサの Octane ワークステーションから 64 プロセッサの Origin 2000 サーバーまで、さまざまなシステムを形成できます。この CPU は、グラフィック ワークステーションにより適しています。最新の MIPS R12000 チップは、SGI でサーバーに適用されています。現在、その主な周波数は最大 400MHz に達する可能性があります。
MIPS K シリーズのマイクロプロセッサは、現在 ARM に次いで最も使用されているプロセッサの 1 つです (MIPS は 1999 年以前は世界で最も使用されているプロセッサでした)。携帯電話でのアプリケーションの割合はごくわずかですが、MIPS は、一般的なデジタル消費、インターネット音声、パーソナル エンターテイメント、通信、およびビジネス アプリケーションの市場で非常に優れた結果を達成しており、最も広く使用されているのは家庭用オーディオ ビジュアル セット機器 (ボックス) です。 、ネットコム製品、および自動車用電子機器。
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PowerPC は、縮小命令セット (RISC) アーキテクチャを備えた中央処理装置 (CPU) です. その基本設計は、IBM (International Business Machines Corporation) の POWER (Performance Optimized With Enhanced RISC; "IBM Connect Newsletter" 2007 8 Yuehao 翻訳済み) に基づいています。 1990 年代には、IBM (International Business Machines Corporation)、Apple (Apple Corporation)、および Motorola (Motorola) が PowerPC チップの開発に成功し、PowerPC に基づくマルチプロセッサ コンピュータを製造しました。スケーラビリティ、利便性、柔軟性。
PowerPC プロセッサは、Power4 のようなハイエンド サーバー CPU から組み込み CPU 市場 (Nintendo Gamecube は PowerPC を使用) まで、幅広い実装で提供されます. PowerPC プロセッサは、その優れたパフォーマンス、低消費電力、および低消費電力により、非常に強力な組み込みパフォーマンスを備えています。低熱放散. シリアルおよびイーサネット コントローラのような統合された I/O は別として, この組み込みプロセッサは「デスクトップ」CPU とはかなり異なります. たとえば、PowerPC プロセッサの 4xx シリーズには浮動小数点演算がなく、ソフトウェア制御の CPU も使用されていました。デスクトップ チップのように反転されたページ テーブルではなく、メモリ管理用の TLB。
ハードウェア ドライバー
ほとんどの組み込みハードウェアは、初期化と管理のためにある種のソフトウェアを必要とします. ハードウェアの一部と直接対話して制御するソフトウェアは、デバイス ドライバと呼ばれます. ソフトウェアを必要とするすべての組み込みシステムは、システム ソフトウェア層でデバイス ドライバ ソフトウェアを必要とします. デバイス ドライバはソフトですハードウェアを初期化するライブラリ. これらはハードウェアへの高レベルソフトウェアのアクセスを管理します. これは, ハードウェアとオペレーティングシステム, ミドルウェアとアプリケーション層の間のリンクです. 具体的には, このようなドライバには, ホストプロセッサアーキテクチャ固有の機能ドライバ, memoryman と age memory が含まれます.バスの初期化とトランザクション ドライバー、およびボード レベルとホスト CPU レベルの I/O 初期化と制御ドライバー (ネットワーク、グラフィックス、入力デバイス、ストレージ デバイス、デバッグ I/O など)。
デバイス ドライバは通常、アーキテクチャ固有のデバイス ドライバと汎用デバイス ドライバに分けられます. アーキテクチャ固有のデバイス ドライバは、メイン プロセッサ (アーキテクチャ) に組み込まれたハードウェアを管理します. アーキテクチャ固有のドライバは、ホスト内の例またはコンポーネントの初期化を担当します。 -チップ メモリ、統合メモリ マネージャ (MMU)、および浮動小数点ハードウェア. 汎用デバイス ドライバは、ボード上のハードウェアと、メイン プロセッサに統合されていないハードウェアを管理します. 汎用デバイス ドライバでは、アーキテクチャの一部-メイン プロセッサは中央制御ユニットであり、ボード上の任意のコンポーネントへのアクセスは通常メイン プロセッサを経由するため、特定のソース コードが通常含まれています. ただし、汎用ドライバーは、専用ではないボードレベルのハードウェアを管理することもできます.つまり、汎用ドライバーは、多くのアーキテクチャーで使用できるように構成できます。 アーキテクチャには、ドライバが対応するハードウェアが含まれています. 汎用ドライバには、ボードレベル バス (I2C、PCI、PCMCIA など)、オフチップ メモリなど、ボード上の残りの主要コンポーネントへのアクセスを初期化および管理するコードが含まれています。 (コントローラー、レベル 2+ キャッシュ、フラッシュなど) ) およびオフチップ I/O (イーサネット、RS-232、ディスプレイ、マウスなど)。
成分
組み込みマイクロプロセッサ
組み込みシステムのハードウェア層のコアは、組み込みマイクロプロセッサです. 組み込みマイクロコントローラと汎用 CPU の最大の違いは、ほとんどの組み込みマイクロプロセッサが特定のユーザー グループ向けに特別に設計されたシステムで動作することです. 完了したタスク組み込みシステム設計の小型化に貢献し、また高い効率と信頼性を備えたチップ内に統合されています。
組み込みマイクロプロセッサーのアーキテクチャーは、フォン・ノイマン・アーキテクチャーまたはハーバード・アーキテクチャーを採用できます; 命令システムは、縮小命令セット・コンピューター (RISC) および複雑な命令システム CISC (複合命令セット・コンピューター、CISC) を選択できます。各命令を高速に実行するため、実行効率が向上し、CPU ハードウェア構造の設計が容易になります。
組み込みマイクロプロセッサにはさまざまなシステムがあり、同じシステムであっても、クロック周波数やデータ バス幅が異なる場合や、さまざまな周辺機器やインターフェイスを統合している場合があります.不完全な統計によると、世界には 1,000 を超える組み込みマイクロプロセッサがあり、その数はさらに多くなっています。 ARM、MIPS、PowerPC、X86、SH などの主流システムを含む 30 シリーズ以上のアーキテクチャが存在しますが、世界の PC 市場とは異なり、市場を支配できる組込みマイクロプロセッサはありません。組み込みマイクロプロセッサは 100 種類以上あり、組み込みマイクロプロセッサの選択は、特定のアプリケーションに応じて決定されます。
メモリー
組み込みシステムには、コードを保存して実行するためのメモリが必要です. 組み込みシステムのメモリには、キャッシュ、メイン メモリ、および補助メモリが含まれます。
キャッシュは、小容量で高速なメモリ アレイです. メイン メモリと組み込みマイクロプロセッサ コアの間に位置し、マイクロプロセッサが最後に使用するプログラム コードとデータを格納します. データの読み取り操作が必要な場合、マイクロプロセッサはデータを読み取りますメインメモリから読み取る代わりにキャッシュから可能な限り多くのデータを転送することにより、システムのパフォーマンスが大幅に向上し、マイクロプロセッサとメインメモリ間の接続が改善されます. データ転送速度. キャッシュの主な目的は、メモリを削減することです.メモリ (メインメモリや補助メモリなど) によるアクセスのボトルネックをマイクロプロセッサコアに分散することで、処理速度が向上し、リアルタイム性能が向上します. 組込みシステムでは、キャッシュはすべて組込みマイクロコントローラに統合されています.データ キャッシュ、命令キャッシュ、または混合キャッシュに分けることができ、キャッシュのサイズはプロセッサによって異なります。 essors は Cache を統合します。
メインメモリは、組み込みマイクロプロセッサが直接アクセスできるレジスタであり、システムとユーザーのプログラムとデータを格納するために使用されます. マイクロプロセッサの内部または外部に配置でき、その容量は特定に応じて256KB〜1GBです.一般に、オンチップメモリは容量が小さく高速であり、オフチップメモリは大容量です. メインメモリとして一般的に使用されるメモリには、ROM NOR Flash、EPROM、および PROM があります. RAM タイプ SRAM, DRAM中でもNOR型フラッシュは、書き換え回数が多く、記憶速度が速く、記憶容量が大きく、価格が安いなどの利点から、組み込み分野で広く使用されています。
補助メモリ
補助メモリは、プログラムコードやデータ量の多い情報を格納するために使用され、大容量ですが、主メモリに比べて読み込み速度が非常に遅く、ユーザー情報を長期間保存するために使用されます。
組み込みシステムで一般的に使用される外部ストレージは、ハードディスク、NAND フラッシュ、CF カード、MMC、SD カードなどです。
共通インターフェース
組み込みシステムと外界とのやり取りには、A/D、D/A、I/O など、何らかの形の汎用デバイス インターフェイスが必要です。その他のオフチップ デバイスまたはセンサー 機能. 各ペリフェラルは、通常、オンチップまたはオフチップである単一の機能のみを備えています. 単純なシリアル通信デバイスから非常に複雑な 802.11 ワイヤレス デバイスまで、多くの種類のペリフェラルがあります。 .
現在、組み込みシステムで一般的に使用されている一般的な機器インターフェイスには、A/D (アナログ/デジタル変換インターフェイス)、D/A (デジタル/アナログ変換インターフェイス)、I/O インターフェイスには RS-232 インターフェイス (シリアル通信インターフェイス) があります。 、イーサネット(イーサネットインターフェース)、USB(ユニバーサルシリアルバスインターフェース)、オーディオインターフェース、VGAビデオ出力インターフェース、I2C(フィールドバス)、SPI(シリアルペリフェラルインターフェース)、IrDA(赤外線インターフェース)など
現状と傾向
情報化時代とデジタル時代は、組み込み製品に開発の大きな機会を与え、組み込み市場の明るい未来を示し、同時に組み込みメーカーに新たな課題をもたらしました. このことから、組み込みシステムの未来を見ることができます.主な開発動向:
1. 組み込み開発はシステム エンジニアリングであるため、組み込みシステム メーカーは、組み込みソフトウェアとハードウェア システム自体を提供するだけでなく、強力なハードウェア開発ツールとソフトウェア パッケージ サポートを提供する必要があります。
現在、多くのメーカーはこの点を十分に考慮しており、システムを宣伝する一方で、開発環境の宣伝にも力を入れています.たとえば、Samsung は Arm7 と Arm9 チップを宣伝する一方で、開発ボード、バージョンおよびサポート パッケージ (BSP)、およびWindowCEもメインシステムの昇格時の開発ツールとしてEmbedded VC++を提供しており、VxworksのTonado開発環境やDeltaOSのLiMDAコンパイル環境などもその典型であり、もちろんこれも結果です。市場競争の。
2. インターネット技術の成熟と帯域幅の改善に伴い、ネットワーキングと情報化の要件により、電話、携帯電話、冷蔵庫、電子レンジなどの過去の単機能デバイスは単機能ではなくなりました。となり、構造が複雑化しています。
これにより、チップ設計メーカーは、より多くの機能をチップに統合する必要があり、アプリケーション機能のアップグレードに対応するために、設計者は、32 ビットおよび 64 ビット RISC チップやシグナル プロセッサ DSP などのより強力な組み込みプロセッサを使用して処理を強化しています。 、USBなどの機能インターフェースを増やし、CAN BUSなどのバスタイプを拡大し、マルチメディア、グラフィックスなどの処理を強化し、システムオンチップ(SOC)の概念を徐々に実装します。タスク プログラミング技術とクロス開発ツール技術を使用して、機能の複雑さを制御し、アプリケーション プログラムの設計を簡素化し、ソフトウェアの品質を確保し、開発サイクルを短縮します。
3. ネットワークの相互接続は避けられない傾向になっています。
ネットワーク開発の要件に適応するために, 将来の組み込みデバイスはハードウェア上にさまざまなネットワーク通信インターフェースを提供する必要があります. 従来のシングルチップマイクロコンピュータはネットワークのサポートが不十分であり, 新世代の組み込みネットプロセッサはインターフェースを組み込み始めています. . TCP/IP プロトコルのサポートに加えて、IEEE1394、USB、CAN、Bluetooth、または IrDA のいずれかの通信インターフェイスをサポートするものや、いくつかの種類があり、対応する通信ネットワーク プロトコル ソフトウェアと物理層ドライバー ソフトウェアも必要です。ソフトウェアに関して言えば、システム カーネルはネットワーク モジュールをサポートし、デバイスに Web ブラウザを埋め込むこともできるため、さまざまなデバイスを使用していつでもどこでもインターネットをサーフィンできます。
4.システムコア、アルゴリズムを簡素化し、消費電力とハードウェアおよびソフトウェアのコストを削減します。
これからの組み込み製品は、ハードウェアとソフトウェアが密接に統合されたデバイスであり、消費電力とコストを削減するために、設計者はシステム コアを可能な限り簡素化し、システム機能に密接に関連するハードウェアとソフトウェアのみを維持し、使用する必要があります。最適な機能を実現するための最小限のリソース. 設計者は最適なプログラミング モデルを選択し, コンパイラのパフォーマンスを最適化するためにアルゴリズムを継続的に改善する必要があります. したがって, ソフトウェア担当者だけでなく, 豊富なハードウェアの知識を持っている必要があります. Java、Web、および WAP として。
5.フレンドリーなマルチメディアマンマシンインターフェースを提供する
組み込みデバイスがユーザーと密接に接触するための最も重要な要素は, それが非常にフレンドリーなユーザーインターフェイスを提供できることです. グラフィカルインターフェイスと柔軟な制御方法により, 組み込みデバイスが親しみのある古い友人のように感じられます. 組み込みソフトウェア設計者は持っています.グラフィカル インターフェイスとマルチメディア テクノロジに懸命に取り組んでいます. 手書きのテキスト入力、音声ダイヤルアップ、インターネット アクセス、電子メールの送受信、カラフルなグラフィックスとイメージはすべて、ユーザーを自由に感じさせます. 現在、いくつかの高度な PDA は実現していますディスプレイ画面上での漢字の書き込みと短いメッセージの音声リリースですが、通常の組み込みデバイスにはまだ長い道のりがあります。
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