[发明专利]一种面向异构多源大数据的异构多核并行处理装置及方法

摘要

本发明公开了一种面向异构多源大数据的异构多核并行处理装置及方法，该装置及方法采用Xilinx公司的ZYNQ‑7000SoC芯片实现，包括：基于FPGA的异构多源大数据并行采集模块，该模块将采集到的不同设备的数据以DMA的方式，并通过片内HP端口分别缓存在不同偏移地址和大小的片外DDR中；同时设计状态机将片外DDR挂载到片内AXI总线上。基于异构多核的数据并行处理模块，在该模块中搭建多个MicroBlaze核，并与ARM核组成异构多核架构；不同的MicroBlaze核负责处理不同的设备数据；ARM核完成对多个MicroBlaze核的性能监视，动态调度不同的数据处理算法在多个MicroBlaze核上的运行，以保证核的负载均衡。本发明能够实现制造现场不同设备大数据的高效并行处理，能有效支撑智能制造上层决策。

主权项

1.一种面向异构多源大数据的异构多核并行处理装置，其特征在于包括：基于FPGA的异构多源大数据并行采集模块，①该基于FPGA的异构多源大数据并行采集模块具备10种数据接口，能够实现对10种不同协议的数据采集，进而实现对不同设备的数据采集，具体数据接口包括工业Ethernet接口、RS232接口、异步RS422接口、异步RS485接口、同步RS485接口、SPI接口、I2C接口、CAN接口、MTConnect接口以及OPC UA Server接口；该基于FPGA的异构多源大数据并行采集模块将并行采集到的不同设备的数据以DMA的方式，并通过片内HP端口分别缓存在片外DDR的不同偏移地址和大小存储空间中；②该基于FPGA的异构多源大数据并行采集模块通过设计状态机完成对片外DDR的AXI接口封装，实现将片外DDR挂载到片内AXI总线上；基于异构多核的数据并行处理模块，①在该基于异构多核的数据并行处理模块中搭建15个MicroBlaze核，并与ARM核组成异构多核架构，这些核全部挂载到片内AXI总线上，同时为片内AXI总线上不同设备分配不同的内存地址，实现核与核之间、核与片外DDR之间的通信；②不同的MicroBlaze核负责处理不同的设备数据，包括读取缓存在片外DDR中的数据，执行不同的处理算法，具体为：MicroBlaze‑1核负责工业Ethernet数据、MicroBlaze‑2核负责RS232数据、MicroBlaze‑3核负责异步RS422数据、MicroBlaze‑4核负责异步RS485数据、MicroBlaze‑5核负责同步RS485数据、MicroBlaze‑6核负责SPI数据、MicroBlaze‑7核负责I2C数据、MicroBlaze‑8核负责CAN数据、MicroBlaze‑9核负责MTConnect数据、MicroBlaze‑10核负责OPC UA数据；MicroBlaze‑11核、MicroBlaze‑12核、MicroBlaze‑13核、MicroBlaze‑14核、MicroBlaze‑15核作为备用，暂不执行任何任务；③ARM核完成对多个MicroBlaze核的性能监视，动态调度不同的数据处理算法在多个MicroBlaze核上的运行，以保证核的负载均衡，ARM核通过监测每个MicroBlaze核与片内AXI总线的数据交换速率来判断每个MicroBlaze核的处理器资源使用率，当任何一个MicroBlaze核的处理器资源使用率过高时，ARM核动态调度暂时没有执行任何任务的MicroBlaze核来分担该MicroBlaze核上执行的任务，这里没有执行任何任务的MicroBlaze核不仅仅包括②中搭建的MicroBlaze‑11核、MicroBlaze‑12核、MicroBlaze‑13核、MicroBlaze‑14核、MicroBlaze‑15核，也包括暂时没有执行任何任务的其余MicroBlaze核。