[发明专利]一种基于分组的大规模并行线性处理的数据处理系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于分组的大规模并行线性处理的数据处理系统及方法，首先将并行线性处理模块设置K个并行线性处理支路，每个支路长度为L；将并行线性处理模块数学建模为行列矩阵；按照矩阵的行和列进行分块，分成多个子模块，得到多个分组，每个分组含多个基本支路；每个分组增加2个冗余支路，冗余支路的数据通过对对应分组的数据进行线性编码得到；输入数据通过与每个分组的基本支路与冗余支路进行并行运算并通过单故障检测与纠正模块检测纠错，得到输出的容错数据；对所有分组输出的容错数据进行组合，得到最终的正确数据。大大降低信号处理设备的计算逻辑和功耗的负担，实现有效可靠的数据处理，尤其适用于航天器，减小航天器的处理资源需求。

技术领域

本发明涉及一种基于分组的大规模并行线性处理的数据处理系统及方法，属于可靠性技术领域。

背景技术

并行线性处理包括相同输入、不同处理系数的并行线性处理以及不同输入、相同处理系数的并行线性处理，它们可以在现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等多种数字信号处理设备上实现。然而，在恶劣的电磁辐射环境中，数字信号处理设备往往很容易受到辐射影响，从而导致输出数据错误。例如，处于航天器上的数字信号处理设备，常会受到太空辐射影响而导致运行错误。其中最主要的故障就是单粒子翻转(Single Event Upset，SEU)。

另一方面，近年来随着对通信质量和容量需求的不断增加，在卫星通信等领域中并行线性处理的规模也越来越大。以相同输入、不同处理系数的并行线性处理为例，某卫星有效载荷拟采用大规模数字波束成形，支持上百个波束，其本质是上百路通道的并行线性滤波处理。还有多功能软件星拟支持的高速匹配滤波器，其处理复杂度非常高，一般可通过并行化处理将其转换成多路低速线性滤波处理，从而大大提升运行效率。因此，对处于航天器等特殊环境中的大规模并行线性处理，必须解决其可靠性问题。

大规模并行线性处理占用大量处理资源，通常在单个的数字信号处理设备上无法实现。实际情况中，大规模并行线性处理运算由多个处理器(如多个FPGA)共同完成。针对大规模并行线性处理开展高效容错技术研究是降低容错开销的有效手段，对诸如应用于航天器等的系统可靠性加固具有非常重要的参考价值。本发明针对相同输入、不同处理系数的大规模并行线性处理进行考虑，此前，就并行线性处理已形成了基于编码的并行线性处理容错方法的发明专利，该发明能够将待保护目标的可靠性提高到99％以上且容错开销较小。然而，该方法针对的目标规模较小，不能直接应用于对大规模并行线性处理的保护。而对大规模并行线性处理分组后采用基于编码的容错方法进行保护是一种有效可靠的保护方式，而不同的分组方式会对处理有效性(资源开销)产生不同的影响。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于分组的大规模并行线性处理的数据处理系统及方法，大大降低信号处理设备的计算逻辑和功耗的负担，实现有效可靠的数据处理，尤其适用于航天器，减小航天器的处理资源需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于分组的大规模并行线性处理的数据处理方法，步骤如下：

(1)将并行线性处理模块设置K个并行线性处理支路，每个支路长度为L；

(2)支路长度和支路数量分别作为矩阵的行和列，将并行线性处理模块数学建模为行列矩阵，按照矩阵的行和列进行分块，分成M个子模块，得到M个分组，每个分组含N个基本支路；

(3)每个分组增加两个冗余支路，冗余支路的数据通过对对应分组的数据进行线性编码得到；输入数据通过与每个分组的基本支路与冗余支路进行并行运算并通过单故障检测与纠正模块检测纠错，得到输出的容错数据；

(4)对所有分组输出的容错数据进行组合，得到最终的正确数据。