一種處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，方法包括以下步驟：S1：在CPU端，獲取待處理的超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；S2：在CPU端，將超材料參數(shù)數(shù)據(jù)存入固定內(nèi)存；S3：在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單元結(jié)構(gòu)的指針，指針映射到CPU端的固定內(nèi)存；S4：CPU控制GPU內(nèi)核函數(shù)調(diào)用指針，將多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。同時(shí)本發(fā)明還提供一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述方法。利用圖形處理單元GPU強(qiáng)大的圖形計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)真正意義上多線程并行轉(zhuǎn)換的方法，從根本上解決了現(xiàn)有方法存在的系統(tǒng)內(nèi)存不足的問(wèn)題，極大地減少了系統(tǒng)內(nèi)存的消耗，提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度。本發(fā)明常運(yùn)用于超材料領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)，特別涉及一種大規(guī)模數(shù)據(jù)處理方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]超材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用遠(yuǎn)超出一般材料，其復(fù)雜性和大規(guī)模數(shù)據(jù)的級(jí)別比一般材料高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如何快速地將超大規(guī)模的超材料單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的dxf或gerber文件,對(duì)超材料設(shè)計(jì)生產(chǎn)有著重大作用。
[0003]由于超材料的加工制作涉及電路板加工技術(shù)，電路板生產(chǎn)制造行業(yè)在加工制造中使用最通用最廣泛的電路板加工文件的格式包括dxf-Drawing Exchange File (圖形交換文件)和gerber文件。dxf是Autodesk公司開(kāi)發(fā)的用于AutoCAD與其它軟件之間進(jìn)行CAD數(shù)據(jù)交換的CAD數(shù)據(jù)文件格式，是一種基于矢量的ASCII文本格式，因此不同類型的計(jì)算機(jī)可通過(guò)交換dxf文件來(lái)達(dá)到交換圖形的目的，由于dxf文件可讀性好，用戶可方便地對(duì)它進(jìn)行修改，編程，達(dá)到從外部圖形進(jìn)行編輯，修改的目的。其作為基于CAD系統(tǒng)的加工信息文件而得到行業(yè)的廣泛應(yīng)用。gerber文件是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的光繪格式文件，它包含RS-274-D和RS-274-X兩種格式，它能夠控制用于繪圖的光束的狀態(tài)，形狀，粗細(xì)及在感光膜上具體的X，Y坐標(biāo)感光，從而產(chǎn)生圖像。
[0004]目前，生成超大規(guī)模的dxf或gerber文件的方法是采用多線程技術(shù)。多線程技術(shù)是一種同時(shí)對(duì)多個(gè)任務(wù)進(jìn)行控制的技術(shù)，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)轉(zhuǎn)換任務(wù)，從而縮短轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)所需時(shí)間?，F(xiàn)有的采用多線程技術(shù)的轉(zhuǎn)換方法正是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)劃分成多個(gè)子任務(wù)來(lái)完成，每個(gè)線程獨(dú)立處理一個(gè)單元結(jié)構(gòu)體，完成轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)組，最后，再調(diào)用文件的IO函數(shù)將數(shù)組按dxf或gerber文件的標(biāo)準(zhǔn)寫入一個(gè)文件。
[0005]基于CPU (中央處理器，Central Processing Unit)的多線程雖然使得生成文件速度有一定提高，但對(duì)于CPU這種串行模擬并行的體系結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)更大的加速是不太可能的，并行線程是由多個(gè)不同的CPU時(shí)間片模擬并執(zhí)行的，不是真正意義上的并行執(zhí)行，雖然多核處理器中可以做到真正的并行，但由于CPU核心數(shù)有限，加速效果相比多線程沒(méi)有太多提高，從而限制了超材料設(shè)計(jì)的規(guī)模。這是由于CPU的特殊架構(gòu)決定的。
[0006]以往專注于3D圖形處理的GPU(圖形處理器，Graphic Processing Unit),由于其在浮點(diǎn)運(yùn)算、并 行計(jì)算等通用計(jì)算方面，可以提供數(shù)十倍乃至于上百倍于CPU的性能而越來(lái)越受到通用計(jì)算與科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的重視。GPU加速的優(yōu)勢(shì)來(lái)自于GPU自身的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如一定的并行性；高密集，高帶寬的計(jì)算能力；同時(shí)減少GPU與CPU之間的數(shù)據(jù)通信。GPU計(jì)算的模式就是，在異構(gòu)協(xié)同處理計(jì)算模型中將CPU與GPU結(jié)合起來(lái)加以利用。應(yīng)用程序的串行部分在CPU上運(yùn)行，而計(jì)算任務(wù)繁重的部分則由GPU來(lái)加速。從用戶的角度來(lái)看，應(yīng)用程序只是運(yùn)行得更快了。因?yàn)閼?yīng)用程序利用了 GPU的高性能來(lái)提升性能。
[0007]根據(jù)圖1以及圖2所示，可以根據(jù)CPU與GPU(圖形處理器，GraphicProcessingUnit)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，GPU作為圖形處理器，如圖2所示,每一行結(jié)構(gòu)中,第一列均為控制器和緩沖器，緊跟后面所有列為算術(shù)邏輯單元?？梢缘贸鯣PU具有高度的并行性，相比CPU具有更多的算術(shù)邏輯單元，具有強(qiáng)大的單一運(yùn)算能力。
[0008]目前,如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)提高dxf和gerber文件的生成速度成了超材料設(shè)計(jì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)提高超材料設(shè)計(jì)效率有著至關(guān)重要的意義。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)只能對(duì)小規(guī)模數(shù)據(jù)量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，無(wú)法做到對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)量處理，提供一種可以進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的方法。
[0010]本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)處理方法，方法包括以下步驟:
[0011]S1:在CPU端，獲取待處理的超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0012]S2:將超材料參數(shù)數(shù)據(jù)存入CPU端的固定內(nèi)存；
[0013]S3:在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單元結(jié)構(gòu)的指針，該指針映射到CPU端的固定內(nèi)存；
[0014]S4 =CPU控制GPU內(nèi)核函數(shù)使其調(diào)用指針，將多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，還包括步驟S5:將S4中得到的超材料單元結(jié)構(gòu)保存至實(shí)體數(shù)組。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，還包括步驟S6:將實(shí)體數(shù)組輸出至一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)文件中。
[0017]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，固定內(nèi)存始終存在于物理內(nèi)存中。
[0018]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，超材料參數(shù)數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括:超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息，以及超材料坐標(biāo)信息。
[0019]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，標(biāo)準(zhǔn)文件為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的dxf或gerber文件。
[0020]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，dxf文件為AC1006、AC1009、AC1012、AC1015、AC1018、AC1021、AC1024格式中的一種或幾種。
[0021 ] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，gerber文件為RS-274-X格式或RS-274-D格式。
[0022]本發(fā)明還涉及一種生成超材料單元結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括以下模塊:
[0023]數(shù)據(jù)獲取模塊:用于在CPU端，獲取待處理的多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0024]數(shù)據(jù)載入模塊:與數(shù)據(jù)獲取模塊連接，用于將超材料參數(shù)數(shù)據(jù)存入CPU端的固定內(nèi)存；
[0025]數(shù)據(jù)映射模塊:與數(shù)據(jù)載入模塊連接，用于在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單元結(jié)構(gòu)的指針，該指針映射到CPU端的固定內(nèi)存；
[0026]數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊:與數(shù)據(jù)映射模塊連接，實(shí)現(xiàn)CPU控制GPU內(nèi)核函數(shù)使其調(diào)用指針，將多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。
[0027]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用圖形處理單元GPU強(qiáng)大的圖形計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)真正意義上多線程并行轉(zhuǎn)換的方法，從根本上解決了現(xiàn)有方法存在的系統(tǒng)內(nèi)存不足的問(wèn)題，極大地減少了系統(tǒng)內(nèi)存的消耗，和提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0028]圖1為CPU的結(jié)構(gòu)示意圖；[0029]圖2為GPU的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)處理方法的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖；
[0031]圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)處理方法的具體流程圖；
[0032]圖5是本發(fā)明單個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]圖3、4是本發(fā)明數(shù)據(jù)處理方法的流程圖；
[0035]圖3、4所示的數(shù)據(jù)處理方法包括以下步驟:
[0036]S1:在CPU端，獲取待處理的超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；
[0037]在步驟SI中，超材料參數(shù)數(shù)據(jù)包括參數(shù)長(zhǎng)，寬，高，介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率也不僅僅限于上述參數(shù)，超材料參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)計(jì)了一種便于轉(zhuǎn)換的超材料數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，較現(xiàn)有方法，更有效的對(duì)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，減少了不同單元結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率。
[0038]S2:在CPU端，將超材料參數(shù)數(shù)據(jù)存入固定內(nèi)存；
[0039]在步驟S2中，固定內(nèi)存(pinned memory)始終存在于物理內(nèi)存中。
[0040]S3:在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單元結(jié)構(gòu)的指針，指針映射到CPU端的固定內(nèi)存；
[0041]S4 =CPU控制GPU內(nèi)核函數(shù)調(diào)用指針，將多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。
[0042]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于，使用CPU端的分頁(yè)內(nèi)存，并設(shè)置與GPU內(nèi)存映射，避免了 GPU內(nèi)存不足的缺點(diǎn)，使得轉(zhuǎn)換超大超材料單元結(jié)構(gòu)也能順利完成；在GPU端，聲明超材料結(jié)構(gòu)單元的指針，并調(diào)用GPU的內(nèi)核函數(shù)設(shè)置GPU內(nèi)存與CPU內(nèi)存的映射關(guān)系。接著，利用GPU的低開(kāi)銷線程對(duì)每個(gè)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行一一轉(zhuǎn)換。例如，假設(shè)GPU可以一次處理10組超材料參數(shù)數(shù)據(jù)，倘若在CPU中運(yùn)行，為串行運(yùn)行一次只能處理一組超材料參數(shù)數(shù)據(jù)，即串行處理時(shí)間約為10個(gè)單位時(shí)間，而致使效率低下。倘若在在GPU中運(yùn)行，預(yù)設(shè)GPU端內(nèi)存至CPU端內(nèi)存的映射，GPU端內(nèi)存存儲(chǔ)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)在CPU端內(nèi)存的物理位置，GPU調(diào)用內(nèi)核函數(shù)，可并行的對(duì)10組超材料參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，大大減低了處理時(shí)間。
[0043]轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束后，將所得的超材料單元結(jié)構(gòu)保存至實(shí)體數(shù)組。將實(shí)體數(shù)組輸出至一個(gè)或多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件中。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件可以按照dxf或gerber文件的標(biāo)準(zhǔn)生成，但也不僅僅限于上述文件。
[0044]其中，可生成不同版本的標(biāo)準(zhǔn)dxf文件，dxf文件為AC1006、AC1009、AC1012、AC1015、AC1018、AC1021、AC1024格式中的一種或幾種；也可生成標(biāo)準(zhǔn)gerber文件如RS-274-X格式或RS-274-D格式，但也不僅僅限于上述格式。
[0045]本發(fā)明還涉及一種生成超材料單元結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括以下模塊:
[0046]數(shù)據(jù)獲取模塊:用于在CPU端，獲取待處理的多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；超材料參數(shù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，超材料參數(shù)數(shù)據(jù)包括參數(shù)長(zhǎng)，寬，高，介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率也不僅僅限于上述參數(shù)；
[0047]數(shù)據(jù)載入模塊:與數(shù)據(jù)獲取模塊連接，用于在CPU端，將超材料參數(shù)數(shù)組存入固定內(nèi)存；固定內(nèi)存始終存在于物理內(nèi)存中；[0048]數(shù)據(jù)映射模塊:與數(shù)據(jù)載入模塊連接，用于在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單元結(jié)構(gòu)的指針，指針映射到CPU端的固定內(nèi)存；運(yùn)用這種映射方法，可以將參數(shù)數(shù)據(jù)存入CPU內(nèi)存中，而GPU內(nèi)存只需存入映射的指針即可，也可以達(dá)到調(diào)用GPU內(nèi)核函數(shù)來(lái)進(jìn)行并行轉(zhuǎn)換超材料參數(shù)數(shù)據(jù)的效果。
[0049]數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊:與所屬數(shù)據(jù)映射模塊連接，用于控制GPU將超材料參數(shù)數(shù)組轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。
[0050]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊:與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于將從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊得到的超材料單元結(jié)構(gòu)保存至實(shí)體數(shù)組；
[0051]數(shù)據(jù)輸出模塊:與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接，用于將將實(shí)體數(shù)組輸出至一個(gè)或多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件中。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件可以為dxf或gerber.文件，也不僅僅限于上述類型文件。
[0052]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用圖形處理單元GPU強(qiáng)大的圖形計(jì)算能力實(shí)現(xiàn)真正意義上多線程并行轉(zhuǎn)換的方法，從根本上解決了現(xiàn)有方法存在的系統(tǒng)內(nèi)存不足的問(wèn)題，極大地減少了系統(tǒng)內(nèi)存的消耗，和提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度。填補(bǔ)了市場(chǎng)上沒(méi)有任何一款軟件產(chǎn)品能夠生成超大規(guī)模的dxf和gerber文件的空白，極具應(yīng)用意義。
[0053]在上述實(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:S1:在CPU端，獲取待處理的多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；S2:將所述超材料參數(shù)數(shù)據(jù)存入CPU端的固定內(nèi)存；S3:在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單元結(jié)構(gòu)的指針，所述指針映射到所述CPU端的所述固定內(nèi)存；S4:CPU控制GPU內(nèi)核函數(shù)使其調(diào)用所述指針，將所述多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟S4后還包括步驟S5:將S4中得到的所述超材料單元結(jié)構(gòu)保存至實(shí)體數(shù)組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟S5后還包括步驟S6:將所述實(shí)體數(shù)組輸出至一種或多種格式的標(biāo)準(zhǔn)文件中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述固定內(nèi)存始終存在于物理內(nèi)存中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述超材料參數(shù)數(shù)據(jù)為結(jié)構(gòu)體，所述結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括:超材料單元結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息，以及超材料單元結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)信肩、O
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)文件為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的dxf或gerber文件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述dxf文件為AC1006、AC1009、AC1012、AC1015、AC1018、AC1021、AC1024 格式中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述個(gè)gerber文件為RS-274-X格式或RS-274-D格式。
9.一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)獲取模塊:用于在CPU端，獲取待處理的多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)載入模塊:與所述數(shù)據(jù)獲取模塊連接，用于將所述超材料參數(shù)數(shù)據(jù)存入CPU端的固定內(nèi)存；數(shù)據(jù)映射模塊:與所述數(shù)據(jù)載入模塊連接，用于在GPU端內(nèi)存中聲明超材料單兀結(jié)構(gòu)的指針，所述指針映射到所述CPU端的所述固定內(nèi)存；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊:與所述數(shù)據(jù)映射模塊連接，實(shí)現(xiàn)CPU控制GPU內(nèi)核函數(shù)使其調(diào)用所述指針，將所述多個(gè)超材料參數(shù)數(shù)據(jù)并行轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的超材料單元結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103745020SQ201310062376
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月28日
【發(fā)明者】王新 申請(qǐng)人:王新