多態(tài)計(jì)算平臺(tái)及其構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多態(tài)計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種多態(tài)計(jì)算平臺(tái)及其構(gòu)造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多態(tài)計(jì)算技術(shù)指在復(fù)雜嵌入環(huán)境下支持系統(tǒng)多級(jí)資源重構(gòu)的技術(shù)，反映出一種計(jì)算系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)和計(jì)算模式適應(yīng)任務(wù)需求變化的思想?；诙鄳B(tài)計(jì)算的多態(tài)平臺(tái)，在軍事，民用領(lǐng)域都有著巨大的潛力，在軍用領(lǐng)域，多態(tài)計(jì)算技術(shù)已經(jīng)用于導(dǎo)彈防御，航空電子綜合系統(tǒng)；在民用領(lǐng)域，多態(tài)計(jì)算技術(shù)可使設(shè)計(jì)者用更為簡(jiǎn)單的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的功能，同時(shí)降低系統(tǒng)的成本和縮短產(chǎn)品周期。
[0003]針對(duì)基于多態(tài)計(jì)算技術(shù)的體系架構(gòu)，國(guó)內(nèi)外的研宄機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了相關(guān)的研宄。馬里蘭大學(xué)研宄多態(tài)計(jì)算中的抽象機(jī)模型(AMP:Abstract Machines for PolymorphousComputing)，佐治亞理工大學(xué)研宄適合多態(tài)計(jì)算的中間件模型(Facilitating Middlewarefor Polymorphous Computing Architecture)，北卡羅來(lái)納大學(xué)研宄多態(tài)計(jì)算體系結(jié)構(gòu)上的數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)模型(Data Compress1n and Network Processing for PolymorphousComputing Architecture)。國(guó)內(nèi)在本世紀(jì)初，對(duì)多態(tài)計(jì)算技術(shù)的超集，可重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了研宄，涉及動(dòng)態(tài)可重構(gòu)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)、提高可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)可編程性的方法以及可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)的新型存儲(chǔ)器一致性模型及協(xié)議等。如江南計(jì)算技術(shù)研宄所研宄了基于FPGA的可重構(gòu)計(jì)算體系結(jié)構(gòu)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)將可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于可重構(gòu)星載計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，解決了微小型航天器星載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中存在的功能、性能與可靠性之間的問(wèn)題等。
[0004]PowerPC, FPGA, GPGPU三者是異構(gòu)計(jì)算資源，單一計(jì)算資源，可以滿足特定任務(wù)的計(jì)算需求，然而對(duì)于自主起飛型新型無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)，其包含多類任務(wù)，如攻擊、偵察、搜救、特種作戰(zhàn)、空中無(wú)線電中繼、預(yù)警、垂直登陸作戰(zhàn)和后勤保障，不同的任務(wù)，對(duì)計(jì)算有著不同的需求，如為完成目標(biāo)識(shí)別，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理與數(shù)字圖像處理，而在起飛與著陸的任務(wù)中，需具有高精度自主定位導(dǎo)航、魯棒著陸軌跡跟蹤能力，以精確控制無(wú)人機(jī)的姿態(tài)和軌跡。上述的需求，單一計(jì)算資源已不能有效，實(shí)時(shí)的進(jìn)行滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多態(tài)計(jì)算平臺(tái)及其構(gòu)造方法，對(duì)于多個(gè)異構(gòu)計(jì)算資源，提出一種通用的方法，實(shí)現(xiàn)多態(tài)平臺(tái)的構(gòu)造。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]一種多態(tài)計(jì)算平臺(tái)，包括
[0008]PowerPC主處理機(jī)，用于執(zhí)行核心任務(wù)，管理任務(wù)形態(tài)、計(jì)算資源；
[0009]專用邏輯處理機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)大計(jì)算量規(guī)則計(jì)算，為主處理機(jī)提供高速協(xié)處理支持，并局部動(dòng)態(tài)重構(gòu)片內(nèi)專用處理邏輯以支持應(yīng)用任務(wù)所需的處理能力；
[0010]眾核處理機(jī)，為計(jì)算平臺(tái)提供高性能實(shí)時(shí)計(jì)算，可適應(yīng)不同計(jì)算需求動(dòng)態(tài)分配計(jì)算資源；
[0011]Rapid 1交換模塊，用于進(jìn)行通信；
[0012]所述PowerPC主處理機(jī)、專用邏輯處理機(jī)、眾核處理機(jī)為多態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算體系結(jié)構(gòu)中的多態(tài)體，各多態(tài)體之間采用松散耦合方式，通過(guò)各部分的協(xié)調(diào)運(yùn)行分工或協(xié)同完成應(yīng)用任務(wù)；所述PowerPc主控處理機(jī)與專用邏輯處理機(jī)上均設(shè)有rapid1接口，兩者之間采用rapid1協(xié)議進(jìn)行通信；所述PowerPc主控處理機(jī)和眾核處理機(jī)上均設(shè)有千兆以太網(wǎng)接口，兩者之間使用tcp/ip協(xié)議進(jìn)行通信，在眾核處理機(jī)內(nèi)部，x86控制單元與GPGPU運(yùn)算單元間通過(guò)PC1-E總線實(shí)現(xiàn)通信。
[0013]其中，所述眾核處理機(jī)采用Kepler GKllO架構(gòu)，支持Pynamic Parallelism和Hyper-Q ；Dynamic Parallelism能夠讓GPU在沒(méi)有CPU介入的情況下，通過(guò)專用加速硬件路徑為自己創(chuàng)建新的任務(wù)，同時(shí)控制這項(xiàng)任務(wù)的調(diào)度并對(duì)結(jié)果進(jìn)行同步；Hyper-Q允許多個(gè)CPU核同時(shí)在單一 GPU上啟動(dòng)任務(wù)，因?yàn)樗黾恿酥鳈C(jī)和Ifepler GKllO GPU之間的連接總數(shù)，允許32個(gè)并發(fā)、硬件管理的連接。
[0014]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種多態(tài)計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)造方法，包括如下步驟:
[0015]S1、根據(jù)提供的異構(gòu)計(jì)算資源，列出各個(gè)計(jì)算資源的硬件配置；
[0016]S2、根據(jù)異構(gòu)資源所支持通信協(xié)議，確定相互通信所應(yīng)采用的通信協(xié)議；
[0017]S3、根據(jù)S2中通信協(xié)議，選定連接異構(gòu)計(jì)算資源間的連接線。
[0018]S4、連接各計(jì)算資源。
[0019]其中，所述硬件配置包括PowerPC單板計(jì)算機(jī)板載，雙PowerPC架構(gòu)處理器及2GBDDR2 SDRAM，支持千兆以太網(wǎng)、串口、SATA等多種1/0接口，4個(gè)4_lane交換接口，每個(gè)接口支持 Serial Rapid 10 或 PC1-E，；VPX-2603 板載 Freescale MPC8640D 處理器，配備兩塊fpga芯片，具備千兆以太網(wǎng)接口 ；板載Serial Rapid1交換模塊，可供兩個(gè)FPGA芯片與PowerPC處理器之間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間具有4*3.125Gbps的SerialRapid1連接速率。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]提出了一種支持自主起飛型新型無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)計(jì)算資源需求的多態(tài)平臺(tái)；給出平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方法，指導(dǎo)平臺(tái)的量化生產(chǎn)。使用本發(fā)明所提方法構(gòu)造的平臺(tái)具有靜態(tài)可定制能力，可規(guī)范描述應(yīng)用任務(wù)與多態(tài)資源，根據(jù)應(yīng)用任務(wù)定制嵌入式多態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算資源及其映射；同時(shí)，有動(dòng)態(tài)可構(gòu)造能力，可根據(jù)應(yīng)用任務(wù)及其運(yùn)行狀態(tài)變化，自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)度和構(gòu)造相應(yīng)嵌入式計(jì)算形態(tài)，滿足任務(wù)動(dòng)態(tài)演變對(duì)計(jì)算的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種多態(tài)計(jì)算平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多態(tài)計(jì)算平臺(tái)，包括
[0025]PowerPC主處理機(jī)，用于執(zhí)行核心任務(wù)，管理任務(wù)形態(tài)、計(jì)算資源；
[0026]專