一种动态可重构星上处理系统评估平台及方法与流程

本发明涉及星上处理技术和星上处理评估，具体涉及一种动态可重构星上处理系统评估平台及方法。

背景技术：

1、动态可重构星上处理系统是指处理系统可在运行时对可重构器件进行重新配置。根据系统粒度的不同，处理系统可分为粗粒度可重构系统和细粒度可重构系统。粗粒度可重构系统是由异构计算芯片组成的，可动态重构软件的处理系统，粒度细化至异构计算芯片一级。细粒度可重构系统是基于高能效动态可重构芯片设计的处理系统，粒度细化至芯片内的可重构处理单元。

2、由于传统的星上处理系统针对特定需求设计，普遍存在处理功能单一、开发周期长、灵活性差的问题，因此，近年来面向通用处理需求的新型动态可重构星上处理系统逐渐成为星上处理领域的主流。

3、新型动态可重构星上处理系统应用场景多样、技术指标复杂，评估验证存在较大的困难。目前国内外对星上处理系统测试评估的研究处于起步阶段，未建立成体系的星上处理系统评估平台。只有针对特定项目的地面检测设备，可以对星上处理的功能和性能指标进行简单的测试验证，无法全面地系统地测试评估星上处理系统的各项指标，为星上处理软硬件优化提供解决方案。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种动态可重构星上处理系统评估平台及方法。动态可重构星上处理系统评估平台是指通过模拟动态可重构星上处理系统，搭建测试平台，对星上处理系统的处理算法和硬件架构进行测试评估，并对处理算法和处理硬件架构给出综合评价，为提高星上处理能力、优化星上处理硬件构架，提供解决方案。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种动态可重构星上处理系统评估平台，包括载荷数据获取模拟分系统、星上处理模拟分系统和星上处理数据记录分析分系统；所述载荷数据获取模拟分系统、星上处理模拟分系统和星上处理数据记录分析分系统串联形成模拟星上处理数据流的闭环系统；所述载荷数据获取模拟分系统用于完成模拟载荷发送数据的时序、载荷数据格式的标准化以及数据格式的转化；所述星上处理模拟分系统用于完成星上处理系统的软硬件协同工作过程；所述星上处理数据记录分析分系统用于完成高速数据的汇集和处理、sar图像质量分析和信号时频域分析。

4、进一步地，所述动态可重构星上处理系统评估平台包括硬件和软件；所述硬件包括标准化的测试总线、多种类异构计算硬件；所述软件实现底层硬件驱动模块化和功能化设计、针对不同的测试场景提供算法api、层次化设计。

5、进一步地，适配5种类型的处理芯片，分别为cpu、gpu、fpga、npu和dsp。

6、进一步地，包括可重构处理芯片。

7、进一步地，所述载荷数据获取模拟分系统包括处理器平台、数据传输单元和高性能存储单元。

8、进一步地，所述星上处理模拟分系统包括处理器平台、数据传输单元、gpu计算单元、fpga计算单元、npu计算单元和dsp计算单元。

9、进一步地，所述星上处理数据记录分析分系统包括处理器平台、数据传输单元和高性能存储单元。

10、本发明还提供一种动态可重构星上处理系统评估平台的评估方法，用于评估星上处理系统的处理算法时，将动态可重构星上处理系统评估平台中的载荷数据获取模拟分系统、星上处理模拟分系统和星上处理数据记录分析分系统串联起来，将待评估的算法加载到星上处理模拟分系统中，利用星上处理模拟分系统中的多种类异构计算硬件对不同算法进行原型验证和性能评估；

11、载荷数据获取模拟分系统产生算法所需激励数据，首先根据算法应用范围从数据云平台获取相应的数据集，用该数据集产生星上处理算法所需的载荷数据，接着将载荷数据转换为标准格式，并模拟载荷发送的时序，将载荷数据发送给星上处理模拟分系统作为算法所需激励数据；同时，载荷数据获取模拟分系统产生同步触发信号，确保三个分系统的时间同步以便计算处理延时；

12、星上处理模拟分系统接收到激励数据后，用待评估的星上处理算法对激励数据进行计算处理，计算完成后将处理结果发送到星上处理数据记录分析分系统；

13、星上处理数据记录分析分系统接收到处理结果后，记录处理结果、分析评估算法性能指标并计算出整个评估过程的处理延时，同时给出评估结论，用户根据评估结论判断算法性能和处理延时是否满足要求，并制定下一步的优化方案。

14、本发明还提供一种动态可重构星上处理系统评估平台的评估方法，用于评估星上处理系统的硬件架构性能时，将载荷数据获取模拟分系统、被测的星上处理系统和星上处理数据记录分析分系统串联起来，模拟星上处理的数据流传输和计算过程，通过用所述星上处理系统的硬件架构分别运行几种不同的星上处理通用算法，根据处理结果评估星上处理系统的硬件架构的性能；

15、载荷数据获取模拟分系统产生算法所需激励数据，首先根据算法应用范围从数据云平台获取相应的数据集，由所述数据集产生星上处理算法所需的载荷数据，接着将载荷数据转换为标准格式，并模拟载荷发送的时序，将载荷数据发送给被测的星上处理系统的硬件架构作为算法所需激励数据；同时，载荷数据获取模拟分系统产生同步触发信号，确保三个分系统的时间同步以便计算处理延时；

16、被测的星上处理系统的硬件架构接收到激励数据后，用星上处理通用算法对激励数据进行计算处理，计算完成后将处理结果发送到星上处理数据记录分析分系统；

17、星上处理数据记录分析分系统接收到处理结果后，记录处理结果、分析硬件架构性能指标并计算出整个评估过程的处理延时，同时给出评估结论，用户根据评估结论判断硬件架构性能是否满足要求，并制定下一步的优化方案。

18、本发明还提供一种动态可重构星上处理系统评估平台的评估方法，用于评估星上处理系统时，将系统中的载荷数据获取模拟分系统、被测的包括硬件架构和处理算法的星上处理系统和星上处理数据记录分析分系统串联起来，模拟星上处理的数据流传输和计算过程；

19、载荷数据获取模拟分系统产生算法所需激励数据，首先根据算法应用范围从数据云平台获取相应的数据集，由所述数据集产生处理算法所需的载荷数据，接着将载荷数据转换为标准格式，并模拟载荷发送的时序，将载荷数据发送给被测的星上处理系统的硬件作为算法所需激励数据；同时，载荷数据获取模拟分系统产生同步触发信号，确保三个分系统的时间同步以便计算处理延时；

20、被测的包括硬件架构和处理算法的星上处理系统接收到激励数据后，用内部加载的算法对激励数据进行计算处理，计算完成后将处理结果发送到星上处理数据记录分析分系统；

21、星上处理数据记录分析分系统接收到处理结果后，记录处理结果、分析处理系统性能指标并计算出整个评估过程的处理延时，同时给出评估结论，用户根据评估结论判断处理系统性能是否满足要求，并制定下一步的优化方案。

22、有益效果：

23、（1）本发明首次构建动态可重构星上处理评估平台，为动态可重构星上处理系统提供高效通用测试评估平台，解决此类系统当前缺乏高效通用测试手段的难题；

24、（2）本发明的评估平台具有高性能可重构的硬件处理资源，充分发挥了硬件平台的计算和存储性能，满足不同应用场景和算法对处理架构的需求；

25、（3）本发明利用评估平台对处理系统的硬件构架和芯片进行测试评估，根据评估结论，筛选出优秀的处理芯片和处理架构，从而可以提出高算力、高缓存、高带宽的动态可重构处理器的硬件解决方案，突破传统芯片能量效率低、容量受限、使用门槛高等限制，提高星上处理软硬件架构设计核心技术和产品研制能力，为动态可重构星上处理评估平台的架构设计提供依据；

26、（4）本发明利用评估平台测试不同的星上处理算法，得到算法处理性能和处理时效性等特点，为星上处理系统筛选出合适的算法；

27、（5）本发明模拟卫星载荷数据获取过程，为星上处理提供数据源；

28、（6）本发明模拟动态可重构星上处理系统的软硬件协同工作过程，验证处理算法和处理芯片；

29、（7）本发明提出的动态可重构星上处理模拟评估技术研究为国内外首次，评估技术面向各类星上处理芯片、处理算法和处理系统进行综合能力评估，在星上处理评估领域具有高普适性。在各类特定的应用场景下，对星上处理系统的设计和优化也具有指导意义。