[發明專利]基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統及方法

在審

• 申請號: 201910181796.8
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN110069440A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 胡友彬;楊全勝;黎鑫;徐言;江仲鳴;莫欣謂;史緯恒;王飛
• 申請（專利權）人: 胡友彬
• 主分類號: G06F15/167
• 分類號: G06F15/167;G06F15/173;G06F15/177;G06F16/583;G06F16/51
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 蔣真

1.基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：包括氣象報文資料處理模塊、第一共享內存區域、第二共享內存區域、快速運算單元、DMA控制程序、數據庫以及微服務器；

所述氣象報文資料處理模塊用于將氣象報文資料以及云圖片進行解析和處理；

所述第一共享內存區域和第二共享內存區域采用的分布式共享存儲系統；

所述快速運算單元采用FPGA多核并行運算，FPGA多核并行運算采用了邏輯單元陣列；

所述DMA控制程序采用多個DMA控制器實現控制，每個DMA控制器有多個DMA通道，以及多條直接與所述第二共享內存區域連接的總線；

所述數據庫的內部存儲大量的氣象海洋資料以及云圖庫，實現數據共享，可以對氣象海洋資料文件中的數據進行新增、截取、更新以及刪除；

所述微服務器由多塊定制的搭載有Zynq-7000芯片的板卡組成，每塊板卡除了Zynq外，都還包括存儲設備、I/O設備以及電源、時鐘模塊。

2.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：所述微服務器采用衛星云圖檢索系統，利用bottle框架實現對所述數據庫內氣象海洋資料進行基本數據監控，對所述快速運算單元進行數據監控以及對所述氣象報文資料處理模塊進行數據監控。

3.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：所述FPGA多核并行運算利用16×1RAM的小型查找表來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，各模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。

4.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：所述FPGA多核并行運算采用FPGA硬件加速器，FPGA硬件加速器是利用VivadoHLS工具將C語言的算法描述進行高層綜合，隨后進行IP封裝而得到的FPGA硬件模塊，該模塊對外的端口寄存器也在綜合的同時被確定了，它的驅動程序實質上就是對其端口寄存器的配置。

5.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：所述分布式共享存儲系統是在一個物理上分布的存儲系統中實現邏輯上共享的存儲模型，當一個處理器訪問某一共享數據時，首先要確定該共享數據是否在本地的局部內存中，如果不在，則需要進行地址轉換，從數據所在的遠程存儲器相應的位置取回數據供該處理器使用，同時系統必須采用某種存儲一致性協議來保證共享數據的一致性和并行程序執行的正確性。

6.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：所述分布式共享存儲系統采用以軟件方式實現的共享虛擬存儲系統。

7.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統，其特征在于：基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：從氣象衛星上接受衛星云圖以及氣象數據并傳輸至氣象報文資料處理模塊中；

S2：氣象報文資料處理模塊將S1接受的衛星云圖以及氣象數據進行數據分析和處理，將氣象要素存入至第一共享內存區域；

S3：快速運算單元將S2中氣象要素進行運算處理，將特征數據進行特征提取；

S4：通過DMA控制程序將提取的特征數據存入至第二共享內存區域中；

S5：將第一共享內存區域內的數據和第二共享內存區域內的數據共同存入至數據庫中；

S6：通過微服務器中的衛星云圖檢索系統將S5中存入的特征數據與數據庫中的云圖庫進行特征匹配，根據相似度輸出檢索到的云圖。

8.根據權利要求1所述的基于異構多核的氣象海洋資料處理算法硬件化方法，其特征在于：所述氣象報文資料處理模塊的數據處理包括以下步驟：

S1獲取報文：將氣象衛星接收的衛星云圖以及氣象數據進行數據獲取；

S2報文分揀：將S1中需要進行解析的衛星云圖以及氣象數據報文分揀出來；

S3報文檢測：將S2中的分揀出的衛星云圖以及氣象數據進行圖文檢測，是否存在錯誤；

S4報文譯碼：將S3中已確定無誤的衛星云圖以及氣象數據進行譯碼；

S5氣象要素質量控制：將譯碼后的氣象數據進行特征要素提取；

S6氣象要素入庫：將提取的特征要素存入至第一共享內存區域內。