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与流程

技术特征：

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端口分别缓存在不同偏移地址和大小的片外DDR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。

2.如权利要求1所述的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：所述的装置采用Xilinx公司的ZYNQ-7000SoC芯片实现。

3.一种面向异构多源大数据的异构多核并行处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：基于FPGA的异构多源大数据并行采集模块，具体实现如下：

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端口分别缓存在不同偏移地址和大小的片外DDR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；

步骤二：基于异构多核的数据并行处理模块，具体实现如下：

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。

4.如权利要求3所述的一种面向异构多源大数据的异构多核并行处理方法，其特征在于：所述的方法采用Xilinx公司的ZYNQ-7000SoC芯片实现。