通用异构数据处理平台及其控制方法与流程

本发明涉及异构数据处理，特别是涉及通用异构数据处理平台及其控制方法。

背景技术：

1、随着信息技术及人工智能算法的快速发展，空天遥感、雷达通信、能源电力、智能交通、云计算服务、卫星互联网等应用场景对大容量计算、软硬件接口通用、多业务复合应用等需求越来越高。目前，市面上主流的异构数据处理平台主要有cpu+fpga架构、cpu+gpu架构和cpu+npu架构等3种类型的异构数据处理平台。

2、比如，专利cn104657330a公开了一种基于x86架构处理器和fpga的高性能异构计算平台，该异构计算平台由x86架构通用处理器模块、pcie switch模块和fpga计算模块等三部分组成，其中通用处理器模块负责高性能任务的分配调度、流程控制以及计算结果收集汇总；pcie switch模块内置fpga芯片，负责通用处理器模块与fpga计算模块之间的互连与数据传输任务；fpga计算模块用于将需要运算的数据通过内部逻辑将其转化为计算结果，并进行处理与存储。该方案虽然能实现fpga并行处理和cpu控制处理的异构高性能数据的需求，但通用处理器模块与fpga计算模块仅通过pcie交换芯片连接，数据传输与通讯控制均依赖pcie总线，存在高速总线利用率低、数据交互速率受限、且业务模块单一(仅通用处理器模块和fpga计算模块)、应用范围窄等缺点。比如，专利cn117743254a公开的一种嵌入式高性能通用异构智能计算平台，该平台包括cpu控制模块、接口控制模块、npu处理模块、gpu处理模块和电源模块等组成，cpu处理模块与接口控制模块、npu处理模块、gpu处理模块之间数据与通讯通道分离，其中数据通道采用pcie总线；通讯通道采用rs485总线。该方案虽然实现了数据与通讯通道的分离，但该方案中各核心模块选型单一、模块间串行低速率、半双工通信总线仅能进行简单控制命令交互等缺点。比如，专利cn117271430a公开了一种基于fpga和arm的嵌入式高性能异构计算平台，该计算平台包括信息输入系统、数据处理系统、数据互联系统、存储器件和信息输出系统等部分组成，其中数据处理系统由fpga芯片和arm处理器，该方案虽然具有高效的计算和处理能力，但数据处理系统限定了fpga芯片和arm处理器，其计算性能、通用性、扩展性均受到了限制，也未见其关于通用计算应用的介绍。

3、综上所述，面对复杂的应用场景，现用的异构数据处理平台在业务可扩展性、通用性、可靠性和异构资源管理等方面存在不足，难以满足大容量计算、通用化、多应用场景适配等需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提出一种通用异构数据处理平台及其控制方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种通用异构数据处理平台，包括人机交互模块、计算处理模块、信息交换模块、智能处理模块、存储处理模块、信号处理模块、接口处理模块；

4、所述人机交互模块用于为操作人员提供通用异构数据处理平台的使用、控制窗口，操作人员通过人机交互模块控制异构数据处理平台执行操作指令，所述人机交互模块后端与计算处理模块前端相连，人机交互模块与计算处理模块之间双向通信；

5、所述计算处理模块包括计算机主板和计算应用软件，为通用异构数据处理平台的计算控制核心和应用软件运行载体，用于计算任务实施、计算算法部署和计算结果展示，所述计算处理模块后端与信息交换模块前端相连，计算处理模块与信息交换模块之间双向通信；

6、所述信息交换模块分别与智能处理模块、信号处理模块和存储处理模块之间能够双向通信，所述信息交换模块设置独立的控制总线、数据总线、管理总线实现信号处理模块、计算处理模块、智能处理模块之间控制类信息、数据类信息、管理类信息的信息数据交换处理

7、所述智能处理模块搭载有处理器，用于对包括大规模并行计算、智能应用推理、边缘计算的算法任务进行任务调度、资源分配、任务流程控制和任务结果处理；

8、所述存储处理模块用于存储通用异构数据处理平台的数据处理缓存、数据处理结果、操作日志及临时数据；

9、所述信号处理模块用于实现信号处理和控制处理；

10、所述接口处理模块用于数据接收和数据发送，所述接口处理模块后端与信号处理模块前端相连，接口处理模块与信号处理模块之间双向通信。

11、进一步地，所述计算处理模块采用通用单板计算机，所述单板计算机的cpu为x86架构、arm架构、mips架构、powerpc架构、risc-v架构中的任一种。

12、进一步地，所述计算机主板用于实现计算处理模块与人机交互模块、信息交换模块的软、硬件接口连接以及底层驱动功能实现；

13、所述计算应用软件用于计算任务分解与调度、计算资源分配与回收、计算算法部署与实现、计算任务流程控制与处理、计算结果汇总与展示。

14、进一步地，所述信息交换模块包括控制类信息交换接口、数据类信息交换接口、管理类信息交换接口，对应交换控制类信息、数据类信息、管理类信息；

15、所述控制类信息包括参数配置信息、在线升级信息、工作日志信息；所述数据类信息包括接口数据采集信息、业务数据处理信息、计算数据缓存信息；所述管理类信息包括工作状态信息、自检结果信息；

16、由计算处理模块根据数据帧的信息帧头将信息分为控制类信息、数据类信息、管理类信息后传输至信息交换模块；

17、信号处理模块、存储处理模块、智能处理模块中安装有信息类型识别软件，信号处理模块、存储处理模块、智能处理模块在软件上根据信息类型调用对应的交换接口获取信息进行数据通讯。

18、进一步地，所述信息帧头能够人为设置，并将人为设置的信息帧头输入所述信息类型识别软件。

19、进一步地，所述智能处理模块搭载的处理器为gpu、npu、bpu、dpu、tpu中的任一种。

20、进一步地，所述信号处理模块的信号处理功能采用fpga、asic、dsp对数据进行并行处理。

21、进一步地，各相连模块之间数据进行双向数据流传输。

22、另一方面，本发明还提供一种通用异构数据处理平台的控制方法，用于控制上述通用异构数据处理平台，包括以下步骤：

23、s1、通用异构数据处理平台上电后，计算处理模块、信号处理模块、智能处理模块自行通过信息交换模块从存储处理模块的指定存储空间中读取各自的启动参数，执行硬件外设的初始化，计算处理模块、信号处理模块、智能处理模块解析完启动参数后完成系统平台的初始化；

24、s2、人机交互模块执行上位机软件应用，获取通用异构数据处理平台各模块的上电bit信息，确认平台处于正常工作状态；

25、s3、人机交互模块获取用户端输入的工作参数设置指令并通过计算处理模块传输至信息交换模块，信息交换模块根据输入指令向信号处理模块发送滤波参数与激励信号参数、向智能处理模块发送ai算法参数、向计算处理模块发送开机参数，并将上述参数以参数文件的方式存储于存储处理模块中；

26、s4、接口处理模块连接外部设备进行数据采集，通过ad接口实现外部模拟信号到内部数字信号的ad采集，并将采集到的来自外部设备的原始定点数据传输至信号处理模块；

27、s5、信号处理模块接收信息交换模块下发的滤波参数，对接收到的原始定点数据完成滤波、抽样、浮点数转换处理操作，并将处理后的定点数据传输至智能处理模块；

28、s6、智能处理模块通过信息交换模块获取处理后的定点数据，并根据处理后的定点数据和智能处理模块的ai算法参数进行算法任务的任务调度、资源分配和算法执行，生成算法处理结果，并将相应算法处理结果传输至计算处理模块；

29、s7、计算处理模块根据接收到的算法处理结果，调用计算应用软件进行计算任务，生成计算数据处理结果，并将处理后的计算数据处理结果分别传输至人机交互模块和信息处理模块；

30、s8、人机交互模块显示计算数据处理结果；

31、s9、信息处理模块接收计算数据处理结果，并使用激励信号参数对计算数据处理结果进行数字信号频率、带宽、相位的计算，生成数字激励信号数据，并将数字激励信号数据传输至接口处理模块；

32、s10、接口处理模块通过da接口，将信号处理模块产生的数字激励信号转换为外部模拟信号，实现外部信号源激励功能；

33、s11、存储处理模块通过信号交换模块收集通用异构数据处理平台的信号处理结果与工作日志，实现数据、工作日志的存储与回放。

34、相对于现有技术，本发明能够产生的技术效果是：

35、1、本发明所提供的通用异构数据处理平台及其控制方法，具有硬件接口标准化、业务功能可扩展、技术成熟度高、性能稳定可靠等优点。克服了现有通用异构数据处理平台可扩展性、通用性、可靠性、异构资源管理方面的不足，满足大容量计算的需求。

36、2、本发明所提供的通用异构数据处理平台的信息交换设计采用独立的控制总线、数据总线、管理总线实现与各个模块之间的信息交换，提高了平台的可扩展性、降低了信息干扰，提高了平台信息交换的效率。