[發(fā)明專利]基于異構(gòu)多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910181796.8
• 申請(qǐng)日: 2019-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN110069440A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡友彬;楊全勝;黎鑫;徐言;江仲鳴;莫欣謂;史緯恒;王飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 胡友彬
• 主分類號(hào): G06F15/167
• 分類號(hào): G06F15/167;G06F15/173;G06F15/177;G06F16/583;G06F16/51
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 蔣真

本發(fā)明涉及氣象數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其為基于異構(gòu)多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統(tǒng)及方法，包括氣象報(bào)文資料處理模塊、第一共享內(nèi)存區(qū)域、第二共享內(nèi)存區(qū)域、快速運(yùn)算單元、DMA控制程序、數(shù)據(jù)庫(kù)以及微服務(wù)器。所述數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部存儲(chǔ)大量的氣象海洋資料以及云圖庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以對(duì)氣象海洋資料文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行新增、截取、更新以及刪除。本基于異構(gòu)多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統(tǒng)及方法結(jié)合微服務(wù)器、FPGA多核并行運(yùn)算和分布式共享存儲(chǔ)系統(tǒng)的異構(gòu)多核微服務(wù)器提高系統(tǒng)的性能、功耗、成本、設(shè)計(jì)以及靈活性，衛(wèi)星云圖檢索系統(tǒng)特征提取的加速效果迅速，處理圖片的效率高，從而使得氣象海洋資料處理算法硬件化處理速度快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣象數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于異構(gòu)多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)海洋資源和海洋環(huán)境的日益重視，海洋觀測(cè)技術(shù)的研究變得尤為重要，無(wú)形之中促進(jìn)了海洋觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展。由于國(guó)家對(duì)海洋觀測(cè)領(lǐng)域的探索不斷深入和重視日益提高，使海洋觀測(cè)的范圍越來(lái)越廣，觀測(cè)的要素參數(shù)越來(lái)越多，形成了巨大的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)。目前只有衛(wèi)星通信才能夠覆蓋海洋每個(gè)角落，但是數(shù)據(jù)收集效率低以及氣象海洋資料處理算法硬件化處理效率低下，不能滿足需要。鑒于此，我們提出基于異構(gòu)多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供基于異構(gòu)多核的氣象海洋資料處理算法硬件化系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)收集效率低以及氣象海洋資料處理算法硬件化處理效率低下，不能滿足需要的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

基于FPGA的嵌入式衛(wèi)星氣象海洋數(shù)據(jù)廣播接收應(yīng)用系統(tǒng)，包括氣象報(bào)文資料處理模塊、第一共享內(nèi)存區(qū)域、第二共享內(nèi)存區(qū)域、快速運(yùn)算單元、DMA控制程序、數(shù)據(jù)庫(kù)以及微服務(wù)器；

所述氣象報(bào)文資料處理模塊用于將氣象報(bào)文資料以及云圖片進(jìn)行解析和處理；

所述第一共享內(nèi)存區(qū)域和第二共享內(nèi)存區(qū)域采用的分布式共享存儲(chǔ)系統(tǒng)；

所述快速運(yùn)算單元采用FPGA多核并行運(yùn)算，F(xiàn)PGA多核并行運(yùn)算采用了邏輯單元陣列；

所述DMA控制程序采用多個(gè)DMA控制器實(shí)現(xiàn)控制，每個(gè)DMA控制器有多個(gè)DMA通道，以及多條直接與所述第二共享內(nèi)存區(qū)域連接的總線；

所述數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部存儲(chǔ)大量的氣象海洋資料以及云圖庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以對(duì)氣象海洋資料文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行新增、截取、更新以及刪除；

所述微服務(wù)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(chǔ)設(shè)備、I/O設(shè)備以及電源、時(shí)鐘模塊。

作為優(yōu)選，所述微服務(wù)器采用衛(wèi)星云圖檢索系統(tǒng)，利用bottle框架實(shí)現(xiàn)對(duì)所述數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)氣象海洋資料進(jìn)行基本數(shù)據(jù)監(jiān)控，對(duì)所述快速運(yùn)算單元進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控以及對(duì)所述氣象報(bào)文資料處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控。

作為優(yōu)選，所述FPGA多核并行運(yùn)算利用16×1RAM的小型查找表來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來(lái)驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)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。

作為優(yōu)選，所述FPGA多核并行運(yùn)算采用FPGA硬件加速器，F(xiàn)PGA硬件加速器是利用VivadoHLS工具將C語(yǔ)言的算法描述進(jìn)行高層綜合，隨后進(jìn)行IP封裝而得到的FPGA硬件模塊，該模塊對(duì)外的端口寄存器也在綜合的同時(shí)被確定了，它的驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵸|(zhì)上就是對(duì)其端口寄存器的配置。