[發明專利]基于CUDA的格網數字高程模型鄰域分析的系統和方法

有效

• 申請號: 201210344622.7
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102880509A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 高勇;郁浩;劉磊;李浩然
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

1.一種基于CUDA的格網數字高程模型鄰域分析的系統，包括：數據IO模塊、函數調度模塊、核函數模塊、鄰域分析算子，其特征是，

所述數據IO模塊，獨占一個線程，該線程稱為IO線程，提供數據讀寫支持；

所述函數調度模塊，負責協調數據的IO線程和CUDA核函數的執行；該模塊開辟出多個內存塊用作緩沖區，同時啟動多個線程，一個線程負責數據IO，即IO線程；其余線程稱為worker線程，其個數與主機的GPU數量一致，每個worker線程對應一個GPU；

所述核函數模塊，負責將數據從內存緩沖區中拷貝到GPU?芯片的存儲器上，調用CUDA核函數對數據進行計算，并在計算結束后將數據從GPU芯片的存儲器拷貝到內存中；

所述鄰域分析算子，被核函數模塊調用，用以執行鄰域分析中單個鄰域模板的數據計算；所述鄰域分析算子對外以函數接口提供，由系統使用者實現。

2.如權利要求1所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，系統的使用者通過注冊不同的數據驅動引擎，從不同數據源讀取數據，并以二維矩陣的形式在內存緩沖區中存儲。

3.如權利要求2所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，所述數據源包括文件系統、數據庫、網絡。

4.如權利要求2所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，從數據源讀取數據的時候，按照設定好的分塊大小，分塊讀取數據源的數據，如果輸入文件小于設定的塊大小，則一次將數據全部讀入內存中；如果原始數據很大，大于設定的大小，則按照設定的分塊大小讀取數據。

5.如權利要求1所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，所述函數調度模塊，采用生產者-消費者模型來調度數據IO函數和CUDA核函數，數據IO線程充當生產者，將輸入文件中的原始DEM數據讀取到緩沖區中；worker線程充當消費者，處理緩沖區中的數據，并把處理后的結果數據更新到緩沖區中；當數據IO線程向一個緩沖區寫完數據后，會觸發一個worker線程來消費緩沖區中的數據，并把結果數據更新緩沖區中；當一個worker線程將結果寫回緩沖區后，也會觸發數據IO線程，將緩沖區的數據寫到輸出文件，同時再從輸入文件讀取另一部分數據給緩沖區模塊，形成循環；當沒有數據可讀時，數據IO模塊會在緩沖區中標記數據讀完畢，并停止執行，消費者線程看到這個標記也會停止執行。

6.如權利要求1所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，所述核函數模塊，負責將數據從內存傳輸到顯卡存儲器，調用鄰域分析算子，再將結果從顯卡存儲器寫回內存；包括：

核函數將GPU存儲器上的數據分割成塊，每塊被分到一個block的線程中，每塊的大小和block中的線程數對應；一個block中的線程按照接合的特點從GPU存儲器中讀取數據，然后每個線程執行一個鄰域分析算子操作；同一個block中的不同線程執行的模板操作指令是一樣的，這樣讓一個block中的不同線程盡可能共享指令前段；每個block中的線程不是從數據塊的邊緣計算，而是從與邊緣相距鄰域模板算子一半的距離計算；在調用鄰域分析算子計算結束后，計算結果會寫回GPU存儲器中，然后再從GPU存儲器寫回內存的緩沖區中。

7.如權利要求1所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，所述鄰域分析算子，是一個鄰域計算的函數接口，系統使用者根據需求實現不同的函數，并以函數指針的形式向CUDA核函數注冊，每一個CUDA線程具體執行鄰域分析算子的操作。

8.如權利要求7所述的格網數字高程模型鄰域分析的系統，其特征是，注冊函數包含鄰域算子模板的長、寬、鄰域算子的函數指針；鄰域算子函數的輸入參數是矩陣的起始位置、目標點的行數、目標點的列數、矩陣總行數、矩陣總列數，輸出為該點經過鄰域計算后的結果值。