一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可重構(gòu)嵌入式系統(tǒng)充分利用通用處理器和ASIC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可以通過硬件加速提高運(yùn)算速度，同時(shí)使用軟件編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置及任務(wù)劃分，目前成已為研宄的熱點(diǎn)；正是由于可重構(gòu)嵌入式系統(tǒng)的這一特點(diǎn)，使它非常適用于計(jì)算密集型的大數(shù)據(jù)量處理任務(wù)；在可重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用中，一方面需要根據(jù)特定的應(yīng)用需求，對(duì)可重構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，另一方面需要考慮可重構(gòu)系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，即根據(jù)應(yīng)用需求完成任務(wù)的自動(dòng)劃分；然而，現(xiàn)有的可重構(gòu)系統(tǒng)編程模型復(fù)雜，自動(dòng)化程度較低，難以滿足可重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用的需求。
[0003]SoC (System on Chip)，中文名稱片上系統(tǒng)，是由多個(gè)具有特定功能的集成電路組合在一個(gè)芯片上形成的系統(tǒng)，其中包含了完整的硬件系統(tǒng)及其承載的嵌入式軟件；目前，SoC產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)多處理器異構(gòu)，并且可以給適當(dāng)?shù)娜蝿?wù)分配適當(dāng)?shù)囊?，做到更高的系統(tǒng)集成度和智能化操作；比如，在一片F(xiàn)PGA中可以集成微處理器和數(shù)字信號(hào)處理功能，處理器與FPGA之間通過總線互聯(lián)，可以通過軟硬件協(xié)同工作模式，提高系統(tǒng)性能；正是由于SoC技術(shù)發(fā)展，結(jié)合SoC產(chǎn)品特性，可以根據(jù)任務(wù)需求，對(duì)任務(wù)自動(dòng)劃分，并根據(jù)劃分后的子任務(wù)特點(diǎn)分配給軟件處理或者硬件加速，實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)。
[0004]另外，現(xiàn)有的可重構(gòu)系統(tǒng)硬件架構(gòu)是固定的，一旦硬件設(shè)備中的小部分出錯(cuò)，則整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作；不具有容錯(cuò)、自適應(yīng)能力，目前很多通信網(wǎng)絡(luò)及通信接口均支持熱插拔技術(shù)，因此，可以借助該技術(shù)，充分利用SoC平臺(tái)，構(gòu)建具有容錯(cuò)、自適應(yīng)能力的可重構(gòu)嵌入式系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)與方法，根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)劃分任務(wù)，并根據(jù)劃分的結(jié)果構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)流水，達(dá)到加速效果，解決現(xiàn)有可重構(gòu)系統(tǒng)模型復(fù)雜，自動(dòng)化程度低的問題，同時(shí)，也可以解決單個(gè)SoC平臺(tái)資源不足的問題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的流水設(shè)計(jì)，并且該系統(tǒng)還具有該系統(tǒng)具有容錯(cuò)、自適應(yīng)的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)，包括多個(gè)完全相同的SoC平臺(tái)和連接SoC平臺(tái)的通信網(wǎng)絡(luò)；
所述的多個(gè)SoC平臺(tái)中任意一個(gè)SoC平臺(tái)作為主控器，其它SoC平臺(tái)形成多級(jí)流水線處理系統(tǒng)；所述的多級(jí)流水線處理系統(tǒng)的每一級(jí)包括一個(gè)或多個(gè)SoC平臺(tái)；所述的主控器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)每個(gè)SoC平臺(tái)是否出錯(cuò)；
所述的一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)能夠根據(jù)需要加入新的SoC平臺(tái)或者去除SoC平臺(tái)，并且在新的SoC平臺(tái)或者去除SoC平臺(tái)后能夠自動(dòng)重新構(gòu)建多級(jí)流水線處理系統(tǒng)。
[0007]所述的SoC平臺(tái)包括ARM、DSP、FPGA、外圍設(shè)備、片內(nèi)RAM、存儲(chǔ)控制器和總線，所述的ARM、DSP、FPGA、外圍設(shè)備、片內(nèi)RAM和存儲(chǔ)控制器分別與總線連接；
所述的ARM中包括操作系統(tǒng)，用于完成FPGA及DSP的配置、任務(wù)調(diào)度及數(shù)據(jù)流向控制和通過以太網(wǎng)與其他SoC平臺(tái)進(jìn)行通信完成數(shù)據(jù)交互；
所述的DSP用于負(fù)責(zé)運(yùn)算量大的具體運(yùn)算任務(wù)；
所述的FPGA用于實(shí)現(xiàn)專用模塊的硬件加速；
所述的片內(nèi)RAM和存儲(chǔ)控制器用于負(fù)責(zé)任務(wù)處理中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
所述的外圍設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)用戶定制，根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)不同的外圍設(shè)備；
所述的總線包括用于實(shí)現(xiàn)SoC內(nèi)部控制的控制總線和用于進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)總線。
[0008]所述的通信網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；所述的SoC平臺(tái)為集成的SoC板。
[0009]所述的一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
51.構(gòu)建所述的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)嵌入式系統(tǒng)，完成各個(gè)SoC平臺(tái)的初始化，并選定其中任意一個(gè)SoC平臺(tái)作為主控器；
52.主控器創(chuàng)建任務(wù)，根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)劃分得到多個(gè)子任務(wù)，并根據(jù)子任務(wù)的特點(diǎn)將自身以外的SoC平臺(tái)構(gòu)建成為多級(jí)流水線處理系統(tǒng)，子任務(wù)的個(gè)數(shù)和多級(jí)流水線處理系統(tǒng)的級(jí)數(shù)相同，每個(gè)子任務(wù)對(duì)應(yīng)于一級(jí)流水線處理系統(tǒng)；
53.主控器將劃分好的子任務(wù)處理命令發(fā)送給每一級(jí)流水線處理系統(tǒng)，并將待處理的任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給第一級(jí)流水線處理系統(tǒng)；
54.每一級(jí)流水線系統(tǒng)根據(jù)子任務(wù)命令對(duì)任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成后送入下一級(jí)流水線處理系統(tǒng)；
55.當(dāng)運(yùn)算數(shù)據(jù)送入最后一級(jí)流水線處理系統(tǒng)時(shí)，最后一級(jí)流水線處理系統(tǒng)對(duì)任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，判斷是否滿足迭代結(jié)束的條件:
(1)滿足條件時(shí)，將任務(wù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果發(fā)送給主控器，并向主控器反饋任務(wù)結(jié)束的信號(hào);
(2)不滿足條件時(shí)，最后一級(jí)流水線處理系統(tǒng)將任務(wù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果送入第一級(jí)流水線處理系統(tǒng)，并跳轉(zhuǎn)至步驟S4再次進(jìn)行流水線處理。
[0010]所述的步驟S2中的每一級(jí)流水線處理系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)SoC平臺(tái)，SoC平臺(tái)個(gè)數(shù)由主控器分配給該級(jí)流水線處理系統(tǒng)的子任務(wù)數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)的獨(dú)立性決定，如果該級(jí)流水線處理系統(tǒng)需要處理數(shù)據(jù)量大且數(shù)據(jù)間具有獨(dú)立性，該級(jí)流水線處理系統(tǒng)就采用多個(gè)SoC平臺(tái)來共同完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)。
[0011]所述的一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法還包括一個(gè)SoC平臺(tái)增加步驟:系統(tǒng)運(yùn)行過程，能夠根據(jù)需要加入新的SoC平臺(tái)，在加入新的SoC平臺(tái)后，主控器根據(jù)目前任務(wù)劃分結(jié)果及子任務(wù)運(yùn)算量，給新加入的SoC平臺(tái)分配相應(yīng)的子任務(wù)，即將新加入的SoC平臺(tái)分配到對(duì)應(yīng)的一級(jí)流水線處理系統(tǒng)中。
[0012]所述的一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法還包括一個(gè)SoC平臺(tái)去除步驟:系統(tǒng)運(yùn)行過程中，能夠根據(jù)需要去除SoC平臺(tái)，SoC平臺(tái)去除后，對(duì)系統(tǒng)的處理分為以下兩種情況:
(I)若去除的SoC平臺(tái)不是主控器，則主控器更新注冊(cè)表，并重新構(gòu)建多級(jí)流水線處理系統(tǒng)； (2)若去除的SoC平臺(tái)是主控器，則選擇第一級(jí)流水線處理系統(tǒng)中的SoC平臺(tái)作為主控器，并更新注冊(cè)表，重新構(gòu)建多級(jí)流水線處理系統(tǒng)；
SoC平臺(tái)的去除包括對(duì)SoC平臺(tái)進(jìn)行出錯(cuò)隔離和人為地刪除SoC平臺(tái)。
[0013]所述的一種基于SoC的容錯(cuò)自適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，還包括一個(gè)出錯(cuò)檢測(cè)步驟:系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主控器實(shí)時(shí)對(duì)每一個(gè)SoC平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè):
(O當(dāng)所有的SoC平臺(tái)沒有出錯(cuò)時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)正常工作；
(2)當(dāng)有SoC平臺(tái)出錯(cuò)時(shí)，主控器對(duì)出錯(cuò)的SoC平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)記和出錯(cuò)隔離，出錯(cuò)隔離SoC平臺(tái)不再工作，相當(dāng)于從系統(tǒng)中去除。
[0014]在用戶需要處理多個(gè)任務(wù)時(shí)，分為以下兩種情況:
(1)部分任務(wù)或者全部任務(wù)需要進(jìn)行迭代時(shí)，主控器在創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)之后，只有在收到最后一級(jí)流水線處理系統(tǒng)反饋的任務(wù)結(jié)束的信號(hào)時(shí)，才會(huì)創(chuàng)建下一條任務(wù)，并發(fā)送給多級(jí)流水線處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；
(2)所有任務(wù)的處理都不需要迭代時(shí)，所述的主控器能夠根據(jù)用戶的需要不斷創(chuàng)建新的任務(wù)，并將任務(wù)不斷發(fā)送給第一級(jí)流水線處理系統(tǒng)，每一級(jí)流水線處理系統(tǒng)按照先進(jìn)先出的原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并在最后一級(jí)流水線系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，直接將處理結(jié)果發(fā)送給主控器。
[0015]所述的每一級(jí)流水線處理系統(tǒng)在對(duì)數(shù)據(jù)的處理過程中，可以根據(jù)子任務(wù)的特點(diǎn)選擇是SoC平臺(tái)內(nèi)的FPGA或者是DSP完成任務(wù)運(yùn)算。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:(1)降低成本:可以使用多個(gè)低成本的SoC板，實(shí)現(xiàn)較高的運(yùn)算能力，達(dá)到高價(jià)單板的效果。
[0017](2)提高運(yùn)算速度:任務(wù)劃分后，實(shí)現(xiàn)多級(jí)流水并行處理，并且根據(jù)劃分后的任務(wù)特點(diǎn)分配給FPGA或者DSP運(yùn)算，達(dá)到加速效果。
[0018](3)系統(tǒng)架構(gòu)可重構(gòu):多個(gè)SoC平臺(tái)之間通過以太網(wǎng)連接，SoC平臺(tái)是相同的，每個(gè)SoC平臺(tái)均可以作為主控器，根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)及任務(wù)劃分結(jié)果構(gòu)建多級(jí)流水任務(wù)處理流程，在完成該任務(wù)后，可以在需要的情況下，根據(jù)下一個(gè)任務(wù)特點(diǎn)，創(chuàng)建新的任務(wù)處理系統(tǒng)架構(gòu)。
[0019](4)可擴(kuò)展性好:由于SoC平臺(tái)是