[发明专利]一种基于多核异构CPU‑GPU‑FPGA系统架构的嵌入式操作系统原型

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构的嵌入式操作系统原型

背景技术

为了实现汽车安全辅助驾驶技术研究的主要目的，需要通过安装在车辆上的各种传感器(被动红外相机、工业照相机、微波雷达、激光雷达等)掌握本车、道路、以及周围车辆的状况等信息，辅助驾驶人增加环境感知的能力，并为其提供预警信号。

融合多传感器的信息可以得到单个传感器难以得到的性能，主要体现在提高了信息冗余性与互补性。信息融合具有的性能优势主要体现为：提高了信息的可信度和目标的可探测性，扩大了时间和空间的搜索范围，降低了推理模糊程度，改进了探测性能，增加了目标特征矢量的维数，提高了空间分辨率，增强了系统的容错能力和自适应性。

异构计算是指使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式。常见的计算单元类别包括：CUP(中央处理器)、GPU(图形处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)等。CPU与GPU的高度融合已是大势所趋，但这不只是硬件层面的变更，更多的是计算理念的变革。如何将不同的计算任务自动分配给最适宜于处理该任务的芯片，借此实现最高的能效比以及最高的晶体管利用率，成为探索新的编程模式或者计算模式要面临的重大问题。

当越来越多的专用硬核被集成到FPGA中以后，FPGA的设计方法需要发生根本性的变化。在IC设计领域已经逐步得到认同的SoC设计方法同样被引入到FPGA设计领域，这一方法的核心在于围绕CPU内核展开设计，以CPU引出的系统总线为主干，其他模块都挂在这一总线上，比如，在FPGA上开发基于CPU的系统，当FPGA上电后，硬件逻辑通过芯片配置成功后，读取软件文件并转到SDRAM(同步动态随机存储器)中，软件在SDRAM中运行。

GPU等专用计算单元虽然工作频率较低，具有更多的内核数和并行计算能力，总体性能/芯片面积的比和性能/功耗比都很高，却远远没有得到充分利用。特别是GPU的通用计算被导入高并行计算领域，对处理包括视觉传感器在内的融合多传感器信息，起到新核心的作用。

本发明提供了一种基于多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构的嵌入式操作系统原型。架构的特征为具有独立的并行CPU和并行GPU，有各自的SDRAM，均可访问对方的SDRAM，并处于FPGA结构之外；GPU通过I/O总线连接到芯片组，然后再通过I/O桥与CPU相连；CPU由ALU、寄存器文件和闪存缓存以及总线接口组成。进行系统移植，以支持多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构，构成一种嵌入式操作系统原型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构的嵌入式操作系统原型。本发明包括以下特征：

发明技术方案

1.一种多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构，架构的特征：

1)具有独立的并行CPU和并行GPU，有各自的SDRAM，均可访问对方的SDRAM，并处于FPGA结构之外；

2)GPU通过I/O总线连接到芯片组，然后再通过I/O桥与CPU相连；

3)CPU由ALU、寄存器文件和闪存缓存以及总线接口组成。

2.基于权利要求1的硬件架构，进行系统移植，以支持多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构，构成一种嵌入式操作系统原型。

附图说明

附图1是基于多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构的嵌入式操作系统原型图。

具体实施方式

这种基于多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构的嵌入式操作系统原型，包括如下步骤特征：

1)具有独立的并行CPU和并行GPU，有各自的SDRAM，均可访问对方的SDRAM，并处于FPGA结构之外；

2)GPU通过I/O总线连接到芯片组，然后再通过I/O桥与CPU相连；

3)CPU由ALU、寄存器文件和闪存缓存以及总线接口组成；

4)进行系统移植，以支持多核异构CPU-GPU-FPGA系统架构，构成一种嵌入式操作系统原型。