一種基于異構(gòu)多核處理器的顯示控制計(jì)算機(jī)

施辰光 呂浩 郭京

摘要：飛行顯示控制計(jì)算機(jī)是飛行員高效、直觀地獲取必要信息或發(fā)送控制命令的操作平臺(tái)[1]。顯示控制計(jì)算機(jī)將輸入的各類視頻流按照飛行員的需求，投射到飛機(jī)的各個(gè)顯示器上。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)顯示控制計(jì)算機(jī)的小型化、高性能、低功耗的要求越來(lái)越高。本文分析了顯示控制計(jì)算機(jī)的需求，提出了一種基于異構(gòu)多核處理器的小型化顯示控制計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方法，文章詳細(xì)介紹該系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足使用需求。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)多核處理器;顯示控制計(jì)算機(jī);AM5728

引言

飛行顯示控制計(jì)算機(jī)是航電系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)綜合航電系統(tǒng)的集中顯示和集中管理。采集來(lái)自飛行員的控制命令，與飛行參數(shù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理后，以圖像形式加以顯示。因此，可以有效地減輕飛行員的工作量，使飛行員能夠高效地獲取必要的信息[2]。但受限于到系統(tǒng)的重量、體積、成本限制，系統(tǒng)性能提升有限，不能滿足當(dāng)今需求。本系統(tǒng)采用異構(gòu)多核處理器，可在減少計(jì)算機(jī)的重量、體積、成本的同時(shí)大大提高計(jì)算機(jī)性能。

1 傳統(tǒng)顯示控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型

顯示控制計(jì)算機(jī)必須將指令處理器、圖形圖像處理器、RS422/RS429總線、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)集成到一個(gè)高性能的計(jì)算平臺(tái)中，以提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，包括視頻信號(hào)、數(shù)據(jù)處理、通信總線和接口處理，以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)處理、視頻生成、外部總線通訊、故障檢測(cè)等功能[3]。

顯示控制計(jì)算機(jī)由圖形控制模塊和接口模塊組成;其中圖形控制模塊由M9顯卡模塊和CPU模塊組成。傳統(tǒng)顯示控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

傳統(tǒng)顯示控制計(jì)算機(jī)其需求如下：

1）2路429輸入

2）8路離散量輸入/輸出

3）2路視頻輸入/1路視頻選擇輸出

4）4路串口輸入

5）網(wǎng)絡(luò)接口

6）1路視頻生成輸出

2 基于AM5728的顯示控制計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

2.1 AM5728系統(tǒng)架構(gòu)

AM5728為Ti公司面向音視頻處理及移動(dòng)計(jì)算開(kāi)發(fā)的OMAP系列芯片，為異構(gòu)多核結(jié)構(gòu)，具有MPU+DSP+GPU+IPU。其中，MPU為雙核ARM A15，一般用于處理指令信息，主頻最高為1 G;IPU包括2個(gè)M4雙核，其中一個(gè)裝有圖像編解碼固件;GPU為雙SGX544 3D，具有出色的圖像處理顯示能力[4]。

此外，AM5728還具有眾多外部接口，包括IVA-HD系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、3個(gè)視頻輸入接口、2個(gè)千兆網(wǎng)接口、10個(gè)UART接口、8個(gè)音頻串行接口、247個(gè)GPIO接口等，完全可以滿足傳統(tǒng)顯示控制計(jì)算機(jī)的需求。

2.2 基于AM5728的顯示控制計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

如圖1所示，處理器電路以TI公司的AM5728為核心。AM5728中各核心和各功能單元均可通過(guò)軟件配置為休眠模式，且各核心各功能模塊均采用單獨(dú)供電，可以根據(jù)使用環(huán)境對(duì)部分核心或功能模塊進(jìn)行斷電，以達(dá)到降低功耗的目的。本設(shè)計(jì)需要用到AM5728的各個(gè)單元，不進(jìn)行休眠。

接口方面，可將兩路外部輸入的視頻放在AM5728的視頻輸入通道1和視頻輸入信道2上，兩路視頻輸入到IPU中，M4協(xié)處理器對(duì)其進(jìn)行通路選擇，并進(jìn)行輸出。AM5728的GPU具有出色的圖像處理顯示功能，可完全替代M9顯卡，進(jìn)行數(shù)字地圖的繪制及視頻疊加輸出。AM5728具有眾多UART和GPIO接口，的外部接口均為多種定義可復(fù)用，可滿足本設(shè)計(jì)的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)傳統(tǒng)顯示控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行介紹，提出了基于AM5728的異構(gòu)多核顯示控制計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案，對(duì)方案的核心技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述。該方案在降低計(jì)算機(jī)的體積、重量、成本的同時(shí)，大大提升了系統(tǒng)的計(jì)算性能，是日后顯示控制計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1]Tran AT. On-chip network designs for many-core computational platforms[D]. Sacramento： Universitu of California，2012：1-4.

[2] 周楠，胡娟，胡海明.多核處理器發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2018（2）：391-467.

[3] 姜玲玲，趙博龍.飛行顯示器數(shù)據(jù)處理單元設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40（9）：30-33.

[4] 馮瑞青，張激，趙俊才.異構(gòu)處理器多操作系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2018 （12）：90–95.