[發明專利]一種基于多核異構CPU?GPU?FPGA系統架構的嵌入式操作系統原型

在審

• 申請號: 201710051964.2
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106843045A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張軍
• 申請（專利權）人: 張軍
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構的嵌入式操作系統原型

背景技術

為了實現汽車安全輔助駕駛技術研究的主要目的，需要通過安裝在車輛上的各種傳感器(被動紅外相機、工業照相機、微波雷達、激光雷達等)掌握本車、道路、以及周圍車輛的狀況等信息，輔助駕駛人增加環境感知的能力，并為其提供預警信號。

融合多傳感器的信息可以得到單個傳感器難以得到的性能，主要體現在提高了信息冗余性與互補性。信息融合具有的性能優勢主要體現為：提高了信息的可信度和目標的可探測性，擴大了時間和空間的搜索范圍，降低了推理模糊程度，改進了探測性能，增加了目標特征矢量的維數，提高了空間分辨率，增強了系統的容錯能力和自適應性。

異構計算是指使用不同類型指令集和體系架構的計算單元組成系統的計算方式。常見的計算單元類別包括：CUP(中央處理器)、GPU(圖形處理器)、FPGA(現場可編程門陣列)等。CPU與GPU的高度融合已是大勢所趨，但這不只是硬件層面的變更，更多的是計算理念的變革。如何將不同的計算任務自動分配給最適宜于處理該任務的芯片，借此實現最高的能效比以及最高的晶體管利用率，成為探索新的編程模式或者計算模式要面臨的重大問題。

當越來越多的專用硬核被集成到FPGA中以后，FPGA的設計方法需要發生根本性的變化。在IC設計領域已經逐步得到認同的SoC設計方法同樣被引入到FPGA設計領域，這一方法的核心在于圍繞CPU內核展開設計，以CPU引出的系統總線為主干，其他模塊都掛在這一總線上，比如，在FPGA上開發基于CPU的系統，當FPGA上電后，硬件邏輯通過芯片配置成功后，讀取軟件文件并轉到SDRAM(同步動態隨機存儲器)中，軟件在SDRAM中運行。

GPU等專用計算單元雖然工作頻率較低，具有更多的內核數和并行計算能力，總體性能/芯片面積的比和性能/功耗比都很高，卻遠遠沒有得到充分利用。特別是GPU的通用計算被導入高并行計算領域，對處理包括視覺傳感器在內的融合多傳感器信息，起到新核心的作用。

本發明提供了一種基于多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構的嵌入式操作系統原型。架構的特征為具有獨立的并行CPU和并行GPU，有各自的SDRAM，均可訪問對方的SDRAM，并處于FPGA結構之外；GPU通過I/O總線連接到芯片組，然后再通過I/O橋與CPU相連；CPU由ALU、寄存器文件和閃存緩存以及總線接口組成。進行系統移植，以支持多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構，構成一種嵌入式操作系統原型。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構的嵌入式操作系統原型。本發明包括以下特征：

發明技術方案

1.一種多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構，架構的特征：

1)具有獨立的并行CPU和并行GPU，有各自的SDRAM，均可訪問對方的SDRAM，并處于FPGA結構之外；

2)GPU通過I/O總線連接到芯片組，然后再通過I/O橋與CPU相連；

3)CPU由ALU、寄存器文件和閃存緩存以及總線接口組成。

2.基于權利要求1的硬件架構，進行系統移植，以支持多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構，構成一種嵌入式操作系統原型。

附圖說明

附圖1是基于多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構的嵌入式操作系統原型圖。

具體實施方式

這種基于多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構的嵌入式操作系統原型，包括如下步驟特征：

1)具有獨立的并行CPU和并行GPU，有各自的SDRAM，均可訪問對方的SDRAM，并處于FPGA結構之外；

2)GPU通過I/O總線連接到芯片組，然后再通過I/O橋與CPU相連；

3)CPU由ALU、寄存器文件和閃存緩存以及總線接口組成；

4)進行系統移植，以支持多核異構CPU-GPU-FPGA系統架構，構成一種嵌入式操作系統原型。