CN104866460A - 一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法,***包括多个完全相同的SoC平台和连接SoC平台的通信网络;所述的多个SoC平台中任意一个SoC平台作为主控器,其它SoC平台形成多级流水线处理***;所述的流水线处理***的每一级包括一个或多个SoC平台。本发明提供了一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法,根据任务特点划分任务,并根据划分的结果构建嵌入式***架构,实现多级流水,达到加速效果,解决现有可重构***模型复杂,自动化程度低的问题,同时,也可以解决单个SoC平台资源不足的问题,实现了***的流水设计,并且该***还具有该***具有容错、自适应的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法。
背景技术
可重构嵌入式***充分利用通用处理器和ASIC技术的优势,可以通过硬件加速提高运算速度,同时使用软件编程实现动态配置及任务划分,目前成已为研究的热点;正是由于可重构嵌入式***的这一特点,使它非常适用于计算密集型的大数据量处理任务;在可重构技术应用中,一方面需要根据特定的应用需求,对可重构结构进行优化,另一方面需要考虑可重构***的自动化设计,即根据应用需求完成任务的自动划分;然而,现有的可重构***编程模型复杂,自动化程度较低,难以满足可重构技术应用的需求。
SoC(System on Chip),中文名称片上***,是由多个具有特定功能的集成电路组合在一个芯片上形成的***,其中包含了完整的硬件***及其承载的嵌入式软件;目前,SoC产品可以实现多处理器异构,并且可以给适当的任务分配适当的引擎,做到更高的***集成度和智能化操作;比如,在一片FPGA中可以集成微处理器和数字信号处理功能,处理器与FPGA之间通过总线互联,可以通过软硬件协同工作模式,提高***性能;正是由于SoC技术发展,结合SoC产品特性,可以根据任务需求,对任务自动划分,并根据划分后的子任务特点分配给软件处理或者硬件加速,实现一个动态可重构的嵌入式***。
另外,现有的可重构***硬件架构是固定的,一旦硬件设备中的小部分出错,则整个***不能正常工作;不具有容错、自适应能力,目前很多通信网络及通信接口均支持热插拔技术,因此,可以借助该技术,充分利用SoC平台,构建具有容错、自适应能力的可重构嵌入式***。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法,根据任务特点划分任务,并根据划分的结果构建嵌入式***架构,实现多级流水,达到加速效果,解决现有可重构***模型复杂,自动化程度低的问题,同时,也可以解决单个SoC平台资源不足的问题,实现了***的流水设计,并且该***还具有该***具有容错、自适应的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种基于SoC的容错自适应可重构***,包括多个完全相同的SoC平台和连接SoC平台的通信网络;
所述的多个SoC平台中任意一个SoC平台作为主控器,其它SoC平台形成多级流水线处理***;所述的多级流水线处理***的每一级包括一个或多个SoC平台;所述的主控器能够实时检测每个SoC平台是否出错;
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***能够根据需要加入新的SoC平台或者去除SoC平台,并且在新的SoC平台或者去除SoC平台后能够自动重新构建多级流水线处理***。
所述的SoC平台包括ARM、DSP、FPGA、***设备、片内RAM、存储控制器和总线,所述的ARM、DSP、FPGA、***设备、片内RAM和存储控制器分别与总线连接;
所述的ARM中包括操作***,用于完成FPGA及DSP的配置、任务调度及数据流向控制和通过以太网与其他SoC平台进行通信完成数据交互;
所述的DSP用于负责运算量大的具体运算任务;
所述的FPGA用于实现专用模块的硬件加速;
所述的片内RAM和存储控制器用于负责任务处理中数据存储;
所述的***设备用于实现用户定制,根据需求实现不同的***设备;
所述的总线包括用于实现SoC内部控制的控制总线和用于进行数据交换的数据总线。
所述的通信网络为以太网通信网络***;所述的SoC平台为集成的SoC板。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,包括以下步骤:
S1.构建所述的动态可重构嵌入式***,完成各个SoC平台的初始化,并选定其中任意一个SoC平台作为主控器;
S2.主控器创建任务,根据任务特点进行任务划分得到多个子任务,并根据子任务的特点将自身以外的SoC平台构建成为多级流水线处理***,子任务的个数和多级流水线处理***的级数相同,每个子任务对应于一级流水线处理***;
S3.主控器将划分好的子任务处理命令发送给每一级流水线处理***,并将待处理的任务数据发送给第一级流水线处理***;
S4.每一级流水线***根据子任务命令对任务数据进行处理,处理完成后送入下一级流水线处理***;
S5.当运算数据送入最后一级流水线处理***时,最后一级流水线处理***对任务数据进行处理后,判断是否满足迭代结束的条件:
(1)满足条件时,将任务数据处理结果发送给主控器,并向主控器反馈任务结束的信号;
(2)不满足条件时,最后一级流水线处理***将任务数据处理结果送入第一级流水线处理***,并跳转至步骤S4再次进行流水线处理。
所述的步骤S2中的每一级流水线处理***包括一个或多个SoC平台,SoC平台个数由主控器分配给该级流水线处理***的子任务数据量和数据的独立性决定,如果该级流水线处理***需要处理数据量大且数据间具有独立性,该级流水线处理***就采用多个SoC平台来共同完成数据处理任务。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法还包括一个SoC平台增加步骤:***运行过程,能够根据需要加入新的SoC平台,在加入新的SoC平台后,主控器根据目前任务划分结果及子任务运算量,给新加入的SoC平台分配相应的子任务,即将新加入的SoC平台分配到对应的一级流水线处理***中。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法还包括一个SoC平台去除步骤:***运行过程中,能够根据需要去除SoC平台,SoC平台去除后,对***的处理分为以下两种情况:
(1)若去除的SoC平台不是主控器,则主控器更新注册表,并重新构建多级流水线处理***;
(2)若去除的SoC平台是主控器,则选择第一级流水线处理***中的SoC平台作为主控器,并更新注册表,重新构建多级流水线处理***;
SoC平台的去除包括对SoC平台进行出错隔离和人为地删除SoC平台。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,还包括一个出错检测步骤:***运行过程中,主控器实时对每一个SoC平台进行检测:
(1)当所有的SoC平台没有出错时,***继续正常工作;
(2)当有SoC平台出错时,主控器对出错的SoC平台进行标记和出错隔离,出错隔离SoC平台不再工作,相当于从***中去除。
在用户需要处理多个任务时,分为以下两种情况:
(1)部分任务或者全部任务需要进行迭代时,主控器在创建一个任务之后,只有在收到最后一级流水线处理***反馈的任务结束的信号时,才会创建下一条任务,并发送给多级流水线处理***进行处理;
(2)所有任务的处理都不需要迭代时,所述的主控器能够根据用户的需要不断创建新的任务,并将任务不断发送给第一级流水线处理***,每一级流水线处理***按照先进先出的原则对数据进行处理,并在最后一级流水线***对数据进行处理后,直接将处理结果发送给主控器。
所述的每一级流水线处理***在对数据的处理过程中,可以根据子任务的特点选择是SoC平台内的FPGA或者是DSP完成任务运算。
本发明的有益效果是:(1)降低成本:可以使用多个低成本的SoC板,实现较高的运算能力,达到高价单板的效果。
(2)提高运算速度:任务划分后,实现多级流水并行处理,并且根据划分后的任务特点分配给FPGA或者DSP运算,达到加速效果。
(3)***架构可重构:多个SoC平台之间通过以太网连接,SoC平台是相同的,每个SoC平台均可以作为主控器,根据任务特点及任务划分结果构建多级流水任务处理流程,在完成该任务后,可以在需要的情况下,根据下一个任务特点,创建新的任务处理***架构。
(4)可扩展性好:由于SoC平台是通过以太网连接进行数据交换,新的SoC平台接入,只需要在设定的主控器进行注册更新就可以分配任务。
(5)具有容错性:在***运行中,如果某个或者多个SoC平台出错后,主控器检测到出错的SoC平台并进行标记,然后统计剩余正常运行的SoC平台,重新构建嵌入式***,解决SoC平台出错后影响***工作的问题。
(6)具有自适应性:该***支持热插拔,可以在线新加或者去除SoC平台;对于新加的SoC平台,主控器检测并注册该SoC平台信息;对于去除的SoC平台,主控器检测并删除该平台的注册信息,然后,对于变更后的重新构建多级流水线处理系***,分配任务。
附图说明
图1为本发明***的原理结构框图;
图2为本发明SoC平台的结构示意图;
图3为本发明的方法流程图;
图4为实施例一的示意图;
图5为实施例二的示意图;
图6为实施例三的示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示,一种基于SoC的容错自适应可重构***,包括多个完全相同的SoC平台和连接SoC平台的通信网络;
所述的多个SoC平台中任意一个SoC平台作为主控器,其它SoC平台形成多级流水线处理***;所述的多级流水线处理***的每一级包括一个或多个SoC平台;所述的主控器能够实时检测每个SoC平台是否出错;
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***能够根据需要加入新的SoC平台或者去除SoC平台,并且在新的SoC平台或者去除SoC平台后能够自动重新构建多级流水线处理***。
如图2所示,所述的SoC平台包括ARM、DSP、FPGA、***设备、片内RAM、存储控制器和总线,所述的ARM、DSP、FPGA、***设备、片内RAM和存储控制器分别与总线连接;
所述的ARM中包括操作***,用于完成FPGA及DSP的配置、任务调度及数据流向控制和通过以太网与其他SoC平台进行通信完成数据交互;
所述的DSP用于负责运算量大的具体运算任务;
所述的FPGA用于实现专用模块的硬件加速;
所述的片内RAM和存储控制器用于负责任务处理中数据存储;
所述的***设备用于实现用户定制,根据需求实现不同的***设备;
所述的总线包括用于实现SoC内部控制的控制总线和用于进行数据交换的数据总线。
所述的通信网络为以太网通信网络***;所述的SoC平台为集成的SoC板。
如图3所示,所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,包括以下步骤:
S1.构建所述的动态可重构嵌入式***,完成各个SoC平台的初始化,并选定其中任意一个SoC平台作为主控器;
S2.主控器创建任务,根据任务特点进行任务划分得到多个子任务,并根据子任务的特点将自身以外的SoC平台构建成为多级流水线处理***,子任务的个数和多级流水线处理***的级数相同,每个子任务对应于一级流水线处理***;
S3.主控器将划分好的子任务处理命令发送给每一级流水线处理***,并将待处理的任务数据发送给第一级流水线处理***;
S4.每一级流水线***根据子任务命令对任务数据进行处理,处理完成后送入下一级流水线处理***;
S5.当运算数据送入最后一级流水线处理***时,最后一级流水线处理***对任务数据进行处理后,判断是否满足迭代结束的条件:
(1)满足条件时,将任务数据处理结果发送给主控器,并向主控器反馈任务结束的信号;
(2)不满足条件时,最后一级流水线处理***将任务数据处理结果送入第一级流水线处理***,并跳转至步骤S4再次进行流水线处理。
所述的步骤S2中的每一级流水线处理***包括一个或多个SoC平台,SoC平台个数由主控器分配给该级流水线处理***的子任务数据量和数据的独立性决定,如果该级流水线处理***需要处理数据量大且数据间具有独立性,该级流水线处理***就采用多个SoC平台来共同完成数据处理任务。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法还包括一个SoC平台增加步骤:***运行过程,能够根据需要加入新的SoC平台,在加入新的SoC平台后,主控器根据目前任务划分结果及子任务运算量,给新加入的SoC平台分配相应的子任务,即将新加入的SoC平台分配到对应的一级流水线处理***中。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法还包括一个SoC平台去除步骤:***运行过程中,能够根据需要去除SoC平台,SoC平台去除后,对***的处理分为以下两种情况:
(1)若去除的SoC平台不是主控器,则主控器更新注册表,并重新构建多级流水线处理***;
(2)若去除的SoC平台是主控器,则选择第一级流水线处理***中的SoC平台作为主控器,并更新注册表,重新构建多级流水线处理***;
SoC平台的去除包括对SoC平台进行出错隔离和人为地删除SoC平台。
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,还包括一个出错检测步骤:***运行过程中,主控器实时对每一个SoC平台进行检测:
(1)当所有的SoC平台没有出错时,***继续正常工作;
(2)当有SoC平台出错时,主控器对出错的SoC平台进行标记和出错隔离,出错隔离SoC平台不再工作,相当于从***中去除。
在用户需要处理多个任务时,分为以下两种情况:
(1)部分任务或者全部任务需要进行迭代时,主控器在创建一个任务之后,只有在收到最后一级流水线处理***反馈的任务结束的信号时,才会创建下一条任务,并发送给多级流水线处理***进行处理;
(2)所有任务的处理都不需要迭代时,所述的主控器能够根据用户的需要不断创建新的任务,并将任务不断发送给第一级流水线处理***,每一级流水线处理***按照先进先出的原则对数据进行处理,并在最后一级流水线***对数据进行处理后,直接将处理结果发送给主控器。
所述的每一级流水线处理***在对数据的处理过程中,可以根据子任务的特点选择是SoC平台内的FPGA或者是DSP完成任务运算。
实施例一,如图4所示,在主控器SoC0平台完成任务划分后,根据子任务特点构建了所示的嵌入式***,每个子任务对应一级流水线处理***,每一级流水线处理***包括一个或者多个SoC平台,在本实施例中,第一级流水线处理***包括一个平台(SoC1),由SoC1平台完成第一级子任务;第二级流水线处理***包括一个平台(SoC2),由SoC2平台完成第二级子任务;第三级流水线处理***对应的子任务数据量比较大,且数据间具有独立性,故由包括m-2个平台(SoC3平台到SoCm平台,m大于3),由SoC3平台至SoCm平台共同完成第三级子任务;最后一级流水线处理***包括一个平台(SoCn),由SoCn平台完成最后一级子任务,并在完成最后一级子任务后判断是否达到迭代结束的条件,满足条件时,SoCn平台将任务数据处理结果发送给主控器SoC0平台,并向主控器SoC0平台反馈任务结束的信号,不满足条件时,SoCn平台将任务数据处理结果送入第一级流水线处理***的SoC1平台,再次进行流水线处理。
需要说明的是:若该任务本身只需要一次流水线处理,不需要迭代,最后一级流水线处理***中的SoCn平台对任务数据进行处理后,在判断是否满足迭代结束条件时,直接判断为满足迭代结束条件。
需要说明的是,图4只是一种实施例的例子,并不是只有第三级流水线处理***需要包括多个SoC平台,而是根据需要处理的子任务数据而定,***的每一级流水线处理***都能够包括一个或者多个SoC平台。
每一级的流水线处理***对数据进行处理时,可以根据该子任务特点,选择FPGA或DSP完成该子任务。
在用户需要处理多个任务的时候,分为两种情况:
(1)如果全部任务或者部分任务需要迭代,则主控器SoC0平台在创建一个任务之后,只有在收到SoCn平台反馈的任务结束的信号时,才会创建下一条任务,并发送给多级流水线处理***进行处理。
(2)如果所有任务的处理都不需要迭代,主控器SoC0平台可以根据用户需要不断创建新的任务,并可以将新的任务不断地发送给第一级流水线处理***中的SoC1平台,而SoC1平台按照先进先出的原则处理这些任务,并将处理结果传递给第二级流水线处理***中的SoC2平台,同样SoC2平台也是按照先进先出的原则处理任务依次传给下一级流水线处理***中的SoC平台,当最后一级流水线处理***中的SoCn平台完成数据处理后,会将结果回传给SoC0平台。
由于SoC平台是通过以太网连接进行数据交换,在SoC平台不足时,将新的SoC平台接入,只需要在设定的主控器进行注册更新就可以分配任务
实施例二,如图5所示,新加入SoCa平台,在主控器SoC0平台上注册,主控器根据目前任务特点及子任务运算量,给新加入的平台SoCa分配第二级流水线处理***与SoC2平台共同完成该级子任务。
实施例三,如图6所示,检测到主控器SoC0平台出错后,将主控器SoC0平台隔离,相当于从***中去除了SoC0平台;并选择第一级流水线处理***中的SoC1平台作为新的主控器(如果主控器被去除的情况向,选择新的主控器的优先级从高到低为:原来多级流水线处理***中的第一级,第二级到最后一级的顺序);然后SoC1平台构建新的多级流水线处理***,对数据进行处理。
Claims (10)
1.一种基于SoC的容错自适应可重构***,其特征在于:包括多个完全相同的SoC平台和连接SoC平台的通信网络;
所述的多个SoC平台中任意一个SoC平台作为主控器,其它SoC平台形成多级流水线处理***;所述的多级流水线处理***的每一级包括一个或多个SoC平台;所述的主控器能够实时检测每个SoC平台是否出错;
所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***能够根据需要加入新的SoC平台或者去除SoC平台,并且在新的SoC平台或者去除SoC平台后能够自动重新构建多级流水线处理***。
2.根据权利要求1所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***,其特征在于:所述的SoC平台包括ARM、DSP、FPGA、***设备、片内RAM、存储控制器和总线,所述的ARM、DSP、FPGA、***设备、片内RAM和存储控制器分别与总线连接;
所述的ARM中包括操作***,用于完成FPGA及DSP的配置、任务调度及数据流向控制和通过以太网与其他SoC平台进行通信完成数据交互;
所述的DSP用于负责运算量大的具体运算任务;
所述的FPGA用于实现专用模块的硬件加速;
所述的片内RAM和存储控制器用于负责任务处理中数据存储;
所述的***设备用于实现用户定制,根据需求实现不同的***设备;
所述的总线包括用于实现SoC内部控制的控制总线和用于进行数据交换的数据总线。
3.根据权利要求1所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***,其特征在于:所述的通信网络为以太网通信网络***;所述的SoC平台为集成的SoC板。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1.构建所述的动态可重构嵌入式***,完成各个SoC平台的初始化,并选定其中任意一个SoC平台作为主控器;
S2.主控器创建任务,根据任务特点进行任务划分得到多个子任务,并根据子任务的特点将自身以外的SoC平台构建成为多级流水线处理***,子任务的个数和多级流水线处理***的级数相同,每个子任务对应于一级流水线处理***;
S3.主控器将划分好的子任务处理命令发送给每一级流水线处理***,并将待处理的任务数据发送给第一级流水线处理***;
S4.每一级流水线***根据子任务命令对任务数据进行处理,处理完成后送入下一级流水线处理***;
S5.当运算数据送入最后一级流水线处理***时,最后一级流水线处理***对任务数据进行处理后,判断是否满足迭代结束的条件:
(1)满足条件时,将任务数据处理结果发送给主控器,并向主控器反馈任务结束的信号;
(2)不满足条件时,最后一级流水线处理***将任务数据处理结果送入第一级流水线处理***,并跳转至步骤S4再次进行流水线处理。
5.根据权利要求4中所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:所述的步骤S2中的每一级流水线处理***包括一个或多个SoC平台,SoC平台个数由主控器分配给该级流水线处理***的子任务数据量和数据的独立性决定,如果该级流水线处理***需要处理数据量大且数据间具有独立性,该级流水线处理***就采用多个SoC平台来共同完成数据处理任务。
6.根据权利要求4中所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:还包括一个SoC平台增加步骤:***运行过程,能够根据需要加入新的SoC平台,在加入新的SoC平台后,主控器根据目前任务划分结果及子任务运算量,给新加入的SoC平台分配相应的子任务,即将新加入的SoC平台分配到对应的一级流水线处理***中。
7.根据权利要求4中所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:还包括一个SoC平台去除步骤:***运行过程中,能够根据需要去除SoC平台,SoC平台去除后,对***的处理分为以下两种情况:
(1)若去除的SoC平台不是主控器,则主控器更新注册表,并重新构建多级流水线处理***;
(2)若去除的SoC平台是主控器,则选择第一级流水线处理***中的SoC平台作为主控器,并更新注册表,重新构建多级流水线处理***;
SoC平台的去除包括对SoC平台进行出错隔离和人为地删除SoC平台。
8.根据权利要求4或7中所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:还包括一个出错检测步骤:***运行过程中,主控器实时对每一个SoC平台进行检测:
(1)当所有的SoC平台没有出错时,***继续正常工作;
(2)当有SoC平台出错时,主控器对出错的SoC平台进行标记和出错隔离,出错隔离SoC平台不再工作,相当于从***中去除。
9.根据权利要求5中所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:在用户需要处理多个任务时,分为以下两种情况:
(1)部分任务或者全部任务需要进行迭代时,主控器在创建一个任务之后,只有在收到最后一级流水线处理***反馈的任务结束的信号时,才会创建下一条任务,并发送给多级流水线处理***进行处理;
(2)所有任务的处理都不需要迭代时,所述的主控器能够根据用户的需要不断创建新的任务,并将任务不断发送给第一级流水线处理***,每一级流水线处理***按照先进先出的原则对数据进行处理,并在最后一级流水线***对数据进行处理后,直接将处理结果发送给主控器。
10.根据权利要求5中所述的一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法,其特征在于:所述的每一级流水线处理***在对数据的处理过程中,可以根据子任务的特点选择是SoC平台内的FPGA或者是DSP完成任务运算。
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