商业卫星算力可扩展综合方法技术

本发明专利技术公开了商业卫星算力可扩展综合方法，包括FPGA与GPU，通过FPGA进行数据的分流，并调用GPU进行数据计算处理，处理后的数据再由FPGA进行回传；采用GPU作为算力核心单元，从而提高算力水平；通过FPGA提供各种高低速接口，可以任意挂载和被挂载；通过FPGA的接口挂载于卫星星务处理系统上，由星务系统进行管理，重启等操作，通过监控信号可以实时监控高算力模块的运行状况，并进行异常处理；通过FPGA的多接口使得装置能够实现扩展接入，从而方便进行堆叠；GPU内部算法资源丰富，通过软件配置即可实现各种算法模型，适应不同的算法组合和数据流模型，基本适合所有的并行计算和流水线处理方式；结合GPU的算力、能耗、成本方面的优势，将极大降低高性能计算成本。将极大降低高性能计算成本。将极大降低高性能计算成本。

【技术实现步骤摘要】
商业卫星算力可扩展综合方法


[0001]本专利技术涉及卫星信息传输
，具体为商业卫星算力可扩展综合方法。

技术介绍

[0002]高性能计算(Highperformancecomputing，缩写HPC)是利用超级计算机实现并行计算的理论、方法、技术以及应用的一门技术科学，围绕利用不断发展的并行处理单元以及并行体系架构实现高性能并行计算这一核心问题，该领域研究范围包括并行计算模型、并行编程模型、并行执行模型、并行自适应框架、并行体系结构、并行网络通信以及并行算法设计等。
[0003]高性能集群上运行的应用程序一般使用并行算法，把一个大的普通问题根据一定的规则分为许多小的子问题，在集群内的不同节点上进行计算，而这些小问题的处理结果，经过处理可合并为原问题的最终结果。由于这些小问题的计算一般是可以并行完成的，从而可以缩短问题的处理时间。
[0004]目前卫星上的高性能计算多是专业电路，如遥感卫星会采用DSP+ADV212等图像压缩芯片实现图像压缩功能，图像识别等功能没有，或者支持的算法很少。相控阵天线算法采用FPGA阵列实现，功能固定，功耗很大，体积笨重，小卫星一般是不具备搭载能力。而且功能固定，不具有功能调整能力。
[0005]因此，设计一种实用性强的商业卫星算力可扩展综合方法是很有必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供商业卫星算力可扩展综合方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：r/>[0008]商业卫星算力可扩展综合方法，包括FPGA与GPU，包括以下步骤：
[0009]S100、外部数据通过以太网接口、LVDS接口或GTX接口导入FPGA；
[0010]S200、FPGA对导入的数据进行任务分配，通过PCIE总线将数据和指令发送到相应GPU，从而调度管理各个GPU进行计算；
[0011]S300、GPU中的CPU在继续将任务和数据细化，分配给自己的GPU内核，进行数据的计算；
[0012]S400、计算后的结果数据经原路经返回至FPGA，FPGA再将结果数据结合；
[0013]S500、FPGA将结合后的数据通过LVDS接口或GTX接口发送到外部设备。
[0014]根据上述技术方案，所述S100的数据导入具体如下：
[0015]业务数据经以太网接口、LVDS接口或GTX接口输入FPGA的逻辑端，接口控制器由专业IP核实现，IP核本地接口将AXI4总线接PL端DDR3或者BLOCK RAM，实现外部数据的有效导入。
[0016]根据上述技术方案，所述S200的FPGA的数据分配与GPU调用方法为：
[0017]FPGA端逻辑的协议解析模块将对数据进行解析，判断数据的正确性和帧的完整性，得到完整帧后，后面的逻辑将按照算法要求对数据进行初步处理、分组、组帧，并存入发送缓冲器，然后通知PS端，请求发送数据，PS端收到该请求，则调用PCIESWTICH的SDK驱动代码进行发送。
[0018]根据上述技术方案，所述S300的GPU内的数据分配及计算方法为：
[0019]GPU端ARM核收到经PCIE总线发来的数据后暂存再接受缓冲器，等待收到完整数据帧后，根据算法将数据再进行分组，并存入相应的GPU内存，然后调用GPU库函数，驱动GPU进行数据计算。
[0020]根据上述技术方案，所述S400的GPU数据回传及FPGA的数据结合具体方法为：
[0021]GPU计算完成将通知芯片内ARM核，ARM核将GPU内存的结果数据复制到自身管理内存，然后调用PCIESWITCH，将结果数据发回FPGA；
[0022]FPGA的PS端将收到GPU发回的结果数据，并将结果数据传输到FPGA的PL端，PL端将结果数据进行打包。
[0023]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0024]高算力：采用GPU作为算力核心单元，从而提高算力水平；
[0025]高可扩展性：通过FPGA提供各种高低速接口，可以任意挂载和被挂载；
[0026]高可靠性：通过FPGA的接口挂载于卫星星务处理系统上，可以由星务系统进行管理，重启等操作，通过监控信号可以实时监控高算力模块的运行状况，并进行异常处理；
[0027]标准化：通过FPGA的多接口使得装置能够实现扩展接入，从而方便进行堆叠；
[0028]高适应性：GPU内部算法资源丰富，通过软件配置即可实现各种算法模型，适应不同的算法组合和数据流模型，基本适合所有的并行计算和流水线处理方式；
[0029]低成本性：结合GPU的算力、能耗、成本方面的优势，将极大降低高性能计算成本。
[0030]说明书附图
[0031]图1为本专利技术的数据流通流程框图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术提供技术方案：如图1所示，商业卫星算力可扩展综合方法，包括FPGA与GPU，包括以下步骤：
[0034]S100、外部数据通过以太网接口、LVDS接口或GTX接口导入FPGA；
[0035]S200、FPGA对导入的数据进行任务分配，通过PCIE总线将数据和指令发送到相应GPU，从而调度管理各个GPU进行计算；
[0036]S300、GPU中的CPU在继续将任务和数据细化，分配给自己的GPU内核，进行数据的计算；
[0037]S400、计算后的结果数据经原路经返回至FPGA，FPGA再将结果数据结合；
[0038]S500、FPGA将结合后的数据通过LVDS接口或GTX接口发送到外部设备。
[0039]具体而言，所述S100的数据导入具体如下：
[0040]业务数据经以太网接口、LVDS接口或GTX接口输入FPGA的逻辑端，接口控制器由专业IP核实现，IP核本地接口将AXI4总线接PL端DDR3或者BLOCK RAM，实现外部数据的有效导入。
[0041]具体而言，所述S200的FPGA的数据分配与GPU调用方法为：
[0042]FPGA端逻辑的协议解析模块将对数据进行解析，判断数据的正确性和帧的完整性，得到完整帧后，后面的逻辑将按照算法要求对数据进行初步处理、分组、组帧，并存入发送缓冲器，然后通知PS端，请求发送数据，PS端收到该请求，则调用PCIESWTICH的SDK驱动代码进行发送。
[0043]具体而言，所述S300的GPU内的数据分配及计算方法为：
[0044]GPU端ARM核收到经PCIE总线发来的数据后暂存再接受缓冲器，等待收到完整数据帧后，根据算法将数据再进行分组，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.商业卫星算力可扩展综合方法，包括FPGA与GPU，其特征在于，包括以下步骤：S100、外部数据通过以太网接口、LVDS接口或GTX接口导入FPGA；S200、FPGA对导入的数据进行任务分配，通过PCIE总线将数据和指令发送到相应GPU，从而调度管理各个GPU进行计算；S300、GPU中的CPU在继续将任务和数据细化，分配给自己的GPU内核，进行数据的计算；S400、计算后的结果数据经原路经返回至FPGA，FPGA再将结果数据结合；S500、FPGA将结合后的数据通过LVDS接口或GTX接口发送到外部设备。2.根据权利要求1所述的商业卫星算力可扩展综合方法，其特征在于：所述S100的数据导入具体如下：业务数据经以太网接口、LVDS接口或GTX接口输入FPGA的逻辑端，接口控制器由专业IP核实现，IP核本地接口将AXI4总线接PL端DDR3或者BLOCKRAM，实现外部数据的有效导入。3.根据权利要求1所述的商业卫星算力可扩展综合方法，其特征在于：所述S200的FPGA的数据分配与GPU调用方法为：FPGA端逻...

【专利技术属性】
技术研发人员：常正勇，李占峰，张雅彬，
申请(专利权)人：北京钧天航宇技术有限公司，
类型：发明
国别省市：