多态计算平台及其构造方法.pdf

本发明公开了一种多态计算平台及其构造方法，包括PowerPC主处理机，用于执行核心任务，管理任务形态、计算资源；专用逻辑处理机，用于实现大计算量规则计算，为主处理机提供高速协处理支持，并局部动态重构片内专用处理逻辑以支持应用任务所需的处理能力；众核处理机，为计算平台提供高性能实时计算，可适应不同计算需求动态分配计算资源；Rapid IO交换模块。使用本发明所提方法构造的平台具有静态可定制能力，可规范描述应用任务与多态资源，根据应用任务定制嵌入式多态实时计算资源及其映射；同时，有动态可构造能力，可根据应用任务及其运行状态变化，自适应动态调度和构造相应嵌入式计算形态，满足任务动态演变对计算的需求。

权利要求书
1.  一种多态计算平台，其特征在于，包括
PowerPC主处理机，用于执行核心任务，管理任务形态、计算资源；
专用逻辑处理机，用于实现大计算量规则计算，为主处理机提供高速协处理支持，并局部动态重构片内专用处理逻辑以支持应用任务所需的处理能力；
众核处理机，为计算平台提供高性能实时计算，可适应不同计算需求动态分配计算资源；
Rapid IO交换模块，用于进行通信；
所述PowerPC主处理机、专用逻辑处理机、众核处理机为多态实时计算体系结构中的多态体，各多态体之间采用松散耦合方式，通过各部分的协调运行分工或协同完成应用任务；所述PowerPc主控处理机与专用逻辑处理机上均设有rapidIO接口，两者之间采用rapidIO协议进行通信；所述PowerPc主控处理机和众核处理机上均设有千兆以太网接口，两者之间使用tcp/ip协议进行通信，在众核处理机内部，x86控制单元与GPGPU运算单元间通过PCI-E总线实现通信。

2.  根据权利要求1所述的一种多态计算平台，其特征在于，所述众核处理机采用Kepler GK110架构，支持Dynamic Parallelism和Hyper-Q；Dynamic Parallelism能够让GPU在没有CPU介入的情况下，通过专用加速硬件路径为自己创建新的任务，同时控制这项任务的调度并对结果进行同步；Hyper-Q允许多个CPU核同时在单一GPU上启动任务，允许32个并发、硬件管理的连接。

3.  一种多态计算平台的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据提供的异构计算资源，列出各个计算资源的硬件配置；
S2、根据异构资源所支持通信协议，确定相互通信所应采用的通信协议；
S3、根据S2中通信协议，选定连接异构计算资源间的连接线。
S4、连接各计算资源。

4.  根据权利要求3所述的一种多态计算平台的构造方法，其特征在于，所述硬件配置包括PowerPC单板计算机板载，双PowerPC架构处理器及2GB DDR2 SDRAM，支持千兆以太网、串口、SATA等多种I/O接口，4个4-lane交换接口，每个接口支持Serial Rapid IO或PCI-E，；VPX-2603板载Freescale MPC8640D处理器，配备两块fpga芯片，具备千兆以太网接口；板载Serial RapidIO交换模块，可供两个FPGA芯片与PowerPC处理器之间实现高速数据交换，任意两个节点之间具有4*3.125Gbps的Serial RapidIO连接速率。

说明书多态计算平台及其构造方法
技术领域
本发明涉及多态计算领域，具体涉及一种多态计算平台及其构造方法。
背景技术
多态计算技术指在复杂嵌入环境下支持系统多级资源重构的技术，反映出一种计算系统软、硬件结构和计算模式适应任务需求变化的思想。基于多态计算的多态平台，在军事，民用领域都有着巨大的潜力，在军用领域，多态计算技术已经用于导弹防御，航空电子综合系统；在民用领域，多态计算技术可使设计者用更为简单的硬件来实现更多的功能，同时降低系统的成本和缩短产品周期。
针对基于多态计算技术的体系架构，国内外的研究机构都进行了相关的研究。马里兰大学研究多态计算中的抽象机模型(AMP：Abstract Machines for Polymorphous Computing)，佐治亚理工大学研究适合多态计算的中间件模型(Facilitating Middleware for Polymorphous Computing Architecture)，北卡罗来纳大学研究多态计算体系结构上的数据处理和网络模型(Data Compression and Network Processing for Polymorphous Computing Architecture)。国内在本世纪初，对多态计算技术的超集，可重构技术进行了研究，涉及动态可重构计算机体系结构及关键实现技术、提高可重构计算系统可编程性的方法以及可重构计算系统的新型存储器一致性模型及协议等。如江南计算技术研究所研究了基于FPGA的可重构计算体系结构；哈尔滨工业大学将可重构计算技术应用于可重构星载计算机的设计，解决了微小型航天器星载计算机设计中存在的功能、性能与可靠性之间的问题等。
PowerPC，FPGA，GPGPU三者是异构计算资源，单一计算资源，可以满足特定任务的计算需求，然而对于自主起飞型新型无人作战飞机，其包含多类任务，如攻击、侦察、搜救、特种作战、空中无线电中继、预警、垂直登陆作战和后勤保障，不同的任务，对计算有着不同的需求，如为完成目标识别，需要进行实时信号处理与数字图像处理，而在起飞与着陆的任务中，需具有高精度自主定位导航、鲁棒着陆轨迹跟踪能力，以精确控制无人机的姿态和轨迹。上述的需求，单一计算资源已不能有效，实时的进行满足。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多态计算平台及其构造方法，对于多个异构计算资源，提出一种通用的方法，实现多态平台的构造。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种多态计算平台，包括
PowerPC主处理机，用于执行核心任务，管理任务形态、计算资源；
专用逻辑处理机，用于实现大计算量规则计算，为主处理机提供高速协处理支持，并局部动态重构片内专用处理逻辑以支持应用任务所需的处理能力；
众核处理机，为计算平台提供高性能实时计算，可适应不同计算需求动态分配计算资源；
Rapid IO交换模块，用于进行通信；
所述PowerPC主处理机、专用逻辑处理机、众核处理机为多态实时计算体系结构中的多态体，各多态体之间采用松散耦合方式，通过各部分的协调运行分工或协同完成应用任务；所述PowerPc主控处理机与专用逻辑处理机上均设有rapidIO接口，两者之间采用rapidIO协议进行通信；所述PowerPc主控处理机和众核处理机上均设有千兆以太网接口，两者之间使用tcp/ip协议进行通信，在众核处理机内部，x86控制单元与GPGPU运算单元间通过PCI-E总线实现通信。
其中，所述众核处理机采用Kepler GK110架构，支持Pynamic Parallelism 和Hyper-Q；Dynamic Parallelism能够让GPU在没有CPU介入的情况下，通过专用加速硬件路径为自己创建新的任务，同时控制这项任务的调度并对结果进行同步；Hyper-Q允许多个CPU核同时在单一GPU上启动任务，因为它增加了主机和Kepler GK110 GPU之间的连接总数，允许32个并发、硬件管理的连接。
为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种多态计算平台的构造方法，包括如下步骤：
S1、根据提供的异构计算资源，列出各个计算资源的硬件配置；
S2、根据异构资源所支持通信协议，确定相互通信所应采用的通信协议；
S3、根据S2中通信协议，选定连接异构计算资源间的连接线。
S4、连接各计算资源。
其中，所述硬件配置包括PowerPC单板计算机板载，双PowerPC架构处理器及2GB DDR2 SDRAM，支持千兆以太网、串口、SATA等多种I/O接口，4个4-lane交换接口，每个接口支持Serial Rapid IO或PCI-E，；VPX-2603板载Freescale MPC8640D处理器，配备两块fpga芯片，具备千兆以太网接口；板载Serial RapidIO交换模块，可供两个FPGA芯片与PowerPC处理器之间实现高速数据交换，任意两个节点之间具有4*3.125Gbps的Serial RapidIO连接速率。
本发明具有以下有益效果：
提出了一种支持自主起飞型新型无人作战飞机计算资源需求的多态平台；给出平台实现方法，指导平台的量化生产。使用本发明所提方法构造的平台具有静态可定制能力，可规范描述应用任务与多态资源，根据应用任务定制嵌入式多态实时计算资源及其映射；同时，有动态可构造能力，可根据应用任务及其运行状态变化，自适应动态调度和构造相应嵌入式计算形态，满足任务动态演变对计算的需求。
附图说明
图1为本发明实施例一种多态计算平台的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种多态计算平台，包括
PowerPC主处理机，用于执行核心任务，管理任务形态、计算资源；
专用逻辑处理机，用于实现大计算量规则计算，为主处理机提供高速协处理支持，并局部动态重构片内专用处理逻辑以支持应用任务所需的处理能力；
众核处理机，为计算平台提供高性能实时计算，可适应不同计算需求动态分配计算资源；
Rapid IO交换模块，用于进行通信；
所述PowerPC主处理机、专用逻辑处理机、众核处理机为多态实时计算体系结构中的多态体，各多态体之间采用松散耦合方式，通过各部分的协调运行分工或协同完成应用任务；所述PowerPc主控处理机与专用逻辑处理机上均设有rapidIO接口，两者之间采用rapidIO协议进行通信；所述PowerPc主控处理机和众核处理机上均设有千兆以太网接口，两者之间使用tcp/ip协议进行通信，在众核处理机内部，x86控制单元与GPGPU运算单元间通过PCI-E总线实现通信，所述众核处理机采用KeplerGK110架构，支持Dynamic Parallelism和Hyper-Q；Dynamic Parallelism能够让GPU在没有CPU介入的情况下，通过专用加速硬件路径为自己创建新的任务，同时控制这项任务的调度并对结果进行同步；Hyper-Q允许多个CPU核同时在单一GPU上启动任务，因为它增加了主机和Kepler GK110 GPU之间的连接总数，允许32个并发、硬件管理的连接。
为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种多态计算平台的构造方法，包括如下步骤：
S1、根据提供的异构计算资源，列出各个计算资源的硬件配置；
所述硬件配置包括PowerPC单板计算机板载，双PowerPC架构处理器及2GB DDR2 SDRAM，支持千兆以太网、串口、SATA等多种I/O接口，4个4-lane交换接口，每个接口支持Serial Rapid IO或PCI-E，；VPX-2603板载Freescale MPC8640D处理器，配备两块fpga芯片，具备千兆以太网接口；板载Serial RapidIO交换模块，可供两个FPGA芯片与PowerPC处理器之间实现高速数据交换，任意两个节点之间具有4*3.125Gbps的Serial RapidIO连接速率
S2、根据异构资源所支持通信协议，确定相互通信所应采用的通信协议；
S3、根据S2中通信协议，选定连接异构计算资源间的连接线。
S4、连接各计算资源。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。