一种机载嵌入式智能微处理系统的制作方法

本发明属于嵌入式计算领域，涉及一种机载嵌入式智能微处理系统。

背景技术：

近年来随着对性能、体积、重量、功耗方面要求不断提高，未来机载嵌入式计算机将朝着智能化、微型化、多核化的方向发展。传统的基于中央处理器、存储器、信号处理器、通信接口、外围电路多种分立元器件的嵌入式计算系统将难以满足未来机载嵌入式计算机的要求。同时传统机载嵌入式计算机不具备满足基于深度神经网络的人工智能算法对并行计算、海量数据处理方面的要求，目前缺少一个高性能、高智能、微型化的机载嵌入式计算系统。

技术实现要素：

为了解决上述背景中提及的问题，本发明提供了一种机载嵌入式智能微处理系统，能够提升机载系统的智能任务能力、处理效能、数据安全性。

本申请提供一种机载嵌入式智能微处理系统，所述机载嵌入式智能微处理系统包括通用计算单元(1)、智能计算单元(2)、数据存储单元(3)、信息安全单元(4)、有线通信接口单元(5)、无线通信接口单元(6)和内部互连网络(7)，其中：

所述通用计算单元(1)，采用多核cpu，运行嵌入式实时操作系统和应用软件，用于实现系统管理、综合控制、数据计算功能；所述通用计算单元(1)通过内部互连网络(7)与有线通信接口单元(5)和无线通信接口单元(6)连接，通过有线通信接口单元(5)和无线通信接口单元(6)接收外部控制设备的指令和外部信息采集设备的原始数据，并将处理结果通过有线通信接口单元(5)和无线通信接口单元(6)发送给外部显示设备和作动设备；所述通用计算单元(1)通过内部互连网络(7)与数据存储单元(3)连接，从数据存储单元(3)中加载应用程序和读取数据进行数据计算，并将计算结果存储在数据存储单元(3)；所述通用计算单元(1)通过内部互连网络(7)与智能计算单元(2)连接，调用智能计算单元(2)完成包括语音识别、图像目标检测、决策控制的智能计算任务；所述通用计算单元(1)通过内部互连网络(7)与信息安全单元(4)连接，配置信息安全单元(4)中的数据加解密和身份认证鉴权算法；

所述智能计算单元(2)，采用dsp、gpu、fpga和asic芯片，用于实现决策树和神经网络智能算法的硬件加速功能，完成语音识别、图像目标检测、决策控制的智能计算任务；所述智能计算单元(2)通过内部互连网络(7)与数据存储单元(3)和有线通信接口单元(5)连接，读取数据存储单元(3)中的智能算法参数，通过有线通信接口单元(5)接收外部信息采集设备的原始数据，多个智能计算单元(2)并行计算，完成智能算法的硬件加速；

所述数据存储单元(3)，包括dram和norflash、nandflash非易失性存储体，用于存储应用程序、文件、算法参数、原始数据、计算结果；所述数据存储单元(3)通过内部互连网络(7)与有线通信接口单元(5)和无线通信接口单元(6)连接，接收外部控制设备的应用程序、文件、算法参数和外部信息采集设备的原始数据；所述数据存储单元(3)通过内部互连网络(7)与信息安全单元(4)连接，通过信息安全单元(4)完成数据加解密；

所述信息安全单元(4)，包括数据加解密、身份认证鉴权、访问控制功能，用于实现所述机载嵌入式智能微处理系统关键数据的安全存储和安全传输，禁止非授权用户操作；所述信息安全单元(4)通过内部互连网络(7)与数据存储单元(3)、有线通信接口单元(5)和无线通信接口单元(6)连接；

所述有线通信接口单元(5)，包括pcie、rapidio、以太网、光纤通道、rs-232、jtag接口类型，用于实现所述嵌入式智能微处理系统之间、所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的有线数据通信，以及所述机载嵌入式智能微处理系统的配置、调试、测试功能；

所述无线通信接口单元(6)，包括微型天线、调制解调器、放大器，支持wifi、蓝牙、60ghz、5g通信协议，用于实现所述嵌入式智能微处理系统之间、所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的无线数据通信；

所述内部互连网络(7)，包括总线、多级总线、片上网络拓扑结构的互连网络，用于实现所述嵌入式智能微处理系统内部硬件单元之间的数据通信；

所述机载嵌入式智能微处理系统通过多核soc芯片、系统级封装sip实现。

优选的，所述系统采用模块化的异构多核架构设计，根据特定应用场景的功能及性能指标要求，定制通用计算单元(1)、智能计算单元(2)、数据存储单元(3)、信息安全单元(4)、有线通信接口单元(5)、无线通信接口单元(6)的数量，定制智能计算单元(2)所支持人工智能算法的参数配置，定制内部互连网络(7)的拓扑结构和通信协议。

优选的，所述智能计算单元(2)用于语音识别、图像目标检测、决策控制的智能计算任务，支持决策树、深度神经网络智能算法、强化学习人工智能算法；所述智能计算单元(2)包含矩阵乘加、卷积、池化、relu、sigmoid、tanh激活函数运算；所述智能计算单元(2)的算法参数和数据的格式和位宽可配置，包括32位标准浮点数、16位浮点数、32位整数、16位整数、8位整数、4位整数。

优选的，所述数据存储单元(3)中包括rom、norflash、nandflash非易失性存储体，固定存储操作系统、应用程序、文件、算法参数；所述数据存储单元(3)中包括大容量dram存储器，存储原始数据、计算结果；所述数据存储单元(3)支持pcie、sata接口。

优选的，所述信息安全单元(4)使用128位aes密钥加密存储数据，运行数据清除命令在100s之内删除数据存储单元(3)中的所有数据；所述信息安全单元(4)具备基于轻量级ecc数字证书的身份认证和基于ctr模式的数据安全通信功能，对通过有线通信接口单元(5)和无线通信接口单元(6)的控制指令和数据访问请求进行认证。

优选的，所述有线通信接口单元(5)支持通过pcie、rapidio、以太网、光纤通道接口进行所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的高速数据通信，支持通过rs-232、jtag接口进行算法和参数配置、功能测试。

优选的，其特征在于，所述无线通信接口单元(6)可选择多种无线通信协议的通信模组，所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的短距离低速率无线数据通信选用wifi、蓝牙，高速率选用60ghz无线数据通信协议，所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的长距离无线数据选用5g通信协议。

优选的，其特征在于，所述内部互连网络(7)可选择多种拓扑结构，所述嵌入式智能处理微系统包含的处理单元数量小于10个时，选用总线网络；所述嵌入式智能处理微系统包含的处理单元数量大于10个且小于64个时，选用多级总线网络；所述嵌入式智能处理微系统包含的处理单元数量大于64个时，选用网格结构的片上网络。

本发明的优点在于：提出一种机载嵌入式智能微处理系统，可以根据特定应用场景的功能及性能指标要求，定制异构多核单元的类型和数量，并可基于多核soc芯片、sip、fpga硬件方式实现，从而降低机载嵌入式计算系统的体积重量功耗，提升机载嵌入式计算系统的处理效能和资源利用率；该异构多核的机载嵌入式智能微处理系统包含通用计算、智能计算、数据存储、信息安全、内部互连网络，以及有线通信接口和无线通信接口类型硬件单元，使得未来机载嵌入式计算系统具备高性能计算、智能任务加速、无线数据通信、信息安全防护方面能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种机载嵌入式智能微处理系统的硬件结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详述。

参见图1，为本发明实施例提供的一种异构多核的机载嵌入式智能微处理系统硬件结构示意图。该异构多核的机载嵌入式智能微处理系统包括：

通用计算单元：实现系统管理、综合控制、数据计算功能，运行嵌入式操作系统、应用软件；

智能计算单元：实现卷积神经网络、循环神经网络人工智能算法的硬件加速功能；

数据存储单元：实现各种数据、程序的大容量数据存储，具有高数据访问带宽；

信息安全单元：实现数据加解密、访问控制功能，确保所述机载嵌入式智能微处理系统关键数据的安全存储和安全传输；

有线通信接口单元：实现所述嵌入式智能微处理系统之间、所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的有线数据通信，以及所述机载嵌入式智能微处理系统的配置、调试、测试功能，包括以太网接口、串口、光纤接口；

无线通信接口单元：实现所述嵌入式智能微处理系统之间、所述嵌入式智能处理微系统与其它设备之间的无线数据通信，包括微型天线、调制解调器、放大器；

内部互连网络：实现所述嵌入式智能微处理系统内部硬件单元之间的数据通信，包括总线、多级总线、片上网络。

上述本公开实施例提供的异构多核的机载嵌入式智能微处理系统，包含通用计算、智能计算、数据存储、信息安全、内部互连网络，以及有线通信接口和无线通信接口类型硬件单元，同时可以根据特定应用场景的功能及性能指标要求，定制异构多核单元的类型和数量，并可基于多核soc芯片、sip、fpga硬件方式实现，能够显著降低机载嵌入式计算系统的体积重量功耗，提升机载嵌入式计算系统的处理效能和资源利用率。

本发明面向未来智能化微型化机载嵌入式计算机的需求，基于模块化的异构多核架构设计思想，提出一种机载嵌入式智能微处理系统，根据未来机载嵌入式计算机任务需求，该机载嵌入式智能微处理系统包含通用计算、智能计算、数据存储、信息安全、内部互连网络，以及有线通信接口和无线通信接口类型硬件单元，可以根据特定应用场景的功能及性能指标要求，定制异构多核单元的类型和数量，形成机载嵌入式智能微处理系统型谱，最终提升机载系统的智能任务能力、处理效能、数据安全性。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，未公开的保护范围应以权利要求的保护范围为主。