CN104866460B - 一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法 - Google Patents

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

一种基于SoC的容错自适应可重构***与方法

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，并且在加入新的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，并且在加入新的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 (9)

1.一种基于SoC的容错自适应可重构***的实现方法，该***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，并且在加入新的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***，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1.构建动态可重构嵌入式***，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。

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***的实现方法，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***的实现方法，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.根据权利要求1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。

5.根据权利要求1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。

6.根据权利要求1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。

7.根据权利要求1或6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。

8.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：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。

9.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。