一种低功耗高性能处理模块及其构建方法
【技术领域】
[0001]本发明是属于嵌入式计算机系统设计技术领域，尤其涉及一种低功耗高性能处理模块及其构建方法。
【背景技术】
[0002]数据处理模块是MA处理机系统中的核心功能模块，由于頂A系统实现资源高度共享、数据高度融合和软件高度密集的需求，因而对数据处理模块的性能提出了非常高的要求，其性能是三代飞机的100-1000倍。数据处理模块的高性能带来高功耗问题，现有装备型号的单个数据处理模块功耗达到了 100W，环控散热提出了非常高的要求，高功耗又带来产品可靠性问题，同时在散热恶劣环境下还无法使用。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种低功耗高性能处理模块，通过大幅度降低模块功耗来提升了模块的可靠性，同时使模块更加通用扩大了模块使用环境和使用领域。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种低功耗高性能处理模块，其特征在于:所述处理模块是POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器;所述处理器是2片；处理器的处理性能大于或等于9.2GIPS;
[0005]每片处理器内配置动态RAM存储器、FLASH存储器和nvRAM存储器；
[0006]处理模块内设置网络通信接口，所述网络通信接口采用SOC芯片实现；网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据；
[0007]处理模块内部设置可编程控制逻辑单元，所述可编程控制逻辑单元采用CPLD芯片，设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器;设置处理模块工作状态监测、处理模块故障管理与控制；设置处理模块运行监测“看门狗”，累计出现3次“狗叫”后触发处理模块进行复位，累计出现3次复位后，控制处理模块下电；
[0008]处理模块连接供电电源，所述供电电源是开关电源。
[0009]处理器工作频率包括高中低三档，通过内部控制逻辑频率设置寄存器可动态设置工作频率。
[0010]上述每片处理器内配置IGB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器和64KB nvRAM存储器。
[0011]上述网络通信接口速率不低于lGpbs。
[0012]上述供电电源输入直流电源+12 V，输出直流电源3.3 V。
[0013]本发明提出一种低功耗高性能处理模块设计方法，考虑机载嵌入系统数据处理使用特点、MA处理机系统对数据处理模块的功能要求以及保持处理性能相当的前提下，从处理器选型、网络接口专用化、硬件方法、软件方法、电源转换方法等方面进行降低功耗设计。该设计方法在保持性能相当情况下静态最大功耗降低60%，平均动态功耗降低70%，通过大幅度降低模块功耗来提升了模块的可靠性，同时使模块更加通用扩大了模块使用环境和使用领域。
【附图说明】
[0014]图1是本发明低功耗高性能处理模块示意图；
【具体实施方式】
[0015]参见图1，本发明的低功耗高性能处理模块包括处理资源、存储资源、网络通信接口、供电电源转换、以及内部可编程控制逻辑。模块选用POWERPC低功耗P系列或T系列双核或更多核处理器，设计2片处理器、处理性能不低于9.2GIPS。每片处理器配置IGB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器、64KB nvRAM存储器。网络通信接口速率不低于lGpbs，采用SOC芯片实现。供电电源转换采用开关电源，转换效率不低于95%，输入直流电源+12V，输出直流电源3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、。内部可编程控制逻辑可动态设置处理工作频率，开关FLASH存储器。另外从硬件设计方法(包括电压、负载电容、频率、上下拉、多余电路、悬空管脚、编码、FPGA、电源动态管理)和软件设计方法(包括中断、程序优化、多余代码)降低模块功耗。
[0016]低功耗高性能处理模块设计方法实施方式如下:
[0017]处理资源低功耗设计方法:①选用POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器，模块设计2片处理器、处理性能不低于9.2GIPS;②处理器工作频率设计高中低三档，通过内部控制逻辑频率设置寄存器可动态设置工作频率，一般情况下运行在低挡，当工作任务为中等时工作频率设置为中档，当应用功能全速运行时工作频率设置为最高档;③集成处理器中不使用的功能通过软件全部禁止掉。
[0018]存储资源低功耗设计方法:①每片处理器配置IGB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器、64KB nvRAM存储器;②动态RAM存储器工作频率随着处理器工作频率调节;③FLASH存储器把程序存储区域和数据存储区域分开，程序存储区域在软件加载后通过软件禁止降低工作功耗，数据存储区域一般情况下被禁止、需要使用时才使能、使用结束后再被禁止。
[0019]网络通信接口低功耗设计方法:①采用SOC芯片实现，网络通信接口速率不低于IGpbs;②网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据;③网络命令字通过中断方式通知处理器。
[0020]供电电源转换低功耗设计方法:①供电电源转换采用开关电源，转换效率不低于95%,输入直流电源+12V，输出直流电源3.3 V;②2.5V、1.8V、1.5 V等电源采用线性电源转器，由3.3V电源转换得到;③当模块出现严重故障不能正常工作时通过内部故障逻辑控制电源转换器下电。
[0021]内部可编程控制逻辑低功耗设计方法:①可编程逻辑采用低功耗CPLD芯片，由模块内部所有电路控制用;②设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器;③设置模块工作状态监测、模块故障管理与控制;④设置模块运行监测”看门狗”，累计出现3次“狗口H”后触发模块进行复位，累计出现3次复位后，控制模块下电。
[0022]硬件措施低功耗设计方法:①不用的输入空管脚采用接地固定电平;②采用10ΚΩ以上电阻对信号弱上下拉;③尽量减少冗余电路;④计数器逻辑、状态机逻辑采用格雷编码，减少计数变换中产生的尖峰电流脉冲;⑤尽可能采用低功耗高密度COMS芯片;⑥模块进入空中运行状态后，禁止调试电路工作。
[0023]软件措施低功耗设计方法:①外部事件禁止查询方式而采用中断方式;②尽可能采用低级语言编程;③优化程序代码;④减少冗余代码。
【主权项】
1.一种低功耗高性能处理模块，其特征在于:所述处理模块是POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器;所述处理器是2片;处理器的处理性能大于或等于9.2GIPS; 每片处理器内配置动态RAM存储器、FLASH存储器和nvRAM存储器； 处理模块内设置网络通信接口，所述网络通信接口采用SOC芯片实现；网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据； 处理模块内部设置可编程控制逻辑单元，所述可编程控制逻辑单元采用CPLD芯片，设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器;设置处理模块工作状态监测、处理模块故障管理与控制;设置处理模块运行监测“看门狗”，累计出现3次“狗叫”后触发处理模块进行复位，累计出现3次复位后，控制处理模块下电； 处理模块连接供电电源，所述供电电源是开关电源。2.根据权利要求1所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于:处理器工作频率包括高中低三档，通过内部控制逻辑频率设置寄存器可动态设置工作频率。3.根据权利要求2所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于:所述每片处理器内配置IGB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器和64KB nvRAM存储器。4.根据权利要求3所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于:所述网络通信接口速率不低于IGpbs。5.根据权利要求4所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于:所述供电电源输入直流电源+12V，输出直流电源3.3V。
【专利摘要】本发明提出了一种低功耗高性能处理模块及其构建方法，处理模块是POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器；处理器是2片；处理器的处理性能大于或等于9.2GIPS；每片处理器内配置动态RAM存储器、FLASH存储器和nvRAM存储器；处理模块内设置网络通信接口，网络通信接口采用SOC芯片实现；网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据；处理模块内部设置可编程控制逻辑单元，可编程控制逻辑单元采用CPLD芯片，设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器；设置处理模块工作状态监测、处理模块故障管理与控制；本发明一种低功耗高性能处理模块，通过大幅度降低模块功耗来提升了模块的可靠性，同时使模块更加通用扩大了模块使用环境和使用领域。
【IPC分类】G06F11/07, G06F1/32, G06F15/173
【公开号】CN105573960
【申请号】CN201510918244
【发明人】李成文, 何小亚, 刘宇, 王纯委, 杨涛, 范超
【申请人】中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月10日