大尺寸测量信息高速并行处理技术研究

摘要

对航空、航天等工业中的大部件进行视觉测量时，测量信息具有尺寸大、分辨率高的特点。研究测量信息快速实时并行处理技术，设计与开发高性能测量信息处理系统，对新型测量仪的研发具有重大意义。本文对测量系统的并行处理关键技术进行深入研究，提出并设计了一种基于八核DSP的嵌入式并行信息处理系统，研究内容主要包括:
　　首先，对大尺寸测量信息处理系统需求进行分析，并针对系统特点和性能要求，提出基于C6678的多核DSP的并行处理方案。对多核硬件技术以及多核并行开发技术进行概述，分析出系统设计和实现将面临的主要关键技术问题。
　　其次，为最大程度地提高并行效率，对多核DSP并行系统中的任务分配模型、核间通信技术以及数据存储交互技术等关键技术进行研究。结合搭建的硬件平台，设计针对关键技术的性能试验。通过试验研究，设计基于IPC MessageQ的内核通信机制以降低间通信成本;采用高速数据存储方式以提高数据访问效率，并设计了基于EDMA的高效数据搬运策略。
　　然后，设计了以TI C6678 DSP处理器为核心的系统硬件电路，围绕C6678和FPGA进行外围电路设计，解决了高性能信息处理板卡的整体设计、复杂电源系统设计以及高速数据传输电路设计等技术难题。
　　最后，在CCS环境下搭建基于MCSDK组件和SYS/BIOS的软件开发环境，通过多核编程实现图像处理算法实例。设计单核试验对所实现的算法进行验证;设计多核试验对并行处理性能进行分析。试验结果表明本文搭建的硬件平台和采用的多核并行处理方案具有比较可观的优越性。
　　本文设计开发的大尺寸测量信息高速并行处理系统具有处理数据量大、数据采集处理速度快、实时性高等优点，作为测量仪的核心关键部件，为后续的研发工作提供了良好的理论基础和信息处理平台支持。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外相关技术研究现状

1．3．1 大尺寸信息处理系统发展与研究现状

1．3．2 数字信号处理器DSP发展综述

1．3．3 并行程序开发技术研究现状

1．4 研究内容及框架结构

2 大尺寸测量信息处理系统分析

2．1 系统需求分析

2．2 并行处理硬件技术

2．3 多核并行开发技术

2．4 本章小结

3 多核并行处理关键技术理论

3．1 并行任务分配模型

3．1．1 流水线模型

3．1．2 主从模型

3．2 核间通信技术

3．3 数据存储交互技术

3．3．1 数据存储技术

3．3．2 数据搬运引擎技术

3．4 本章小结

4 系统硬件电路设计

4．1 系统硬件电路总体规划

4．1．1 高速接口方案设计

4．1．2 硬件平台规划

4．2 C6678核心电路设计

4．2．1 对外接口电路设计

4．2．2 外部存储器电路设计

4．3 FPGA核心电路设计

4．4 电源电路设计

4．4．1 系统功耗分析

4．4．2 电源设计方案

4．4．3 系统电源上电时序

4．5 时钟电路设计

4．5．1 时钟需求分析

4．5．2 时钟电路设计

4．6 系统硬件实物图

4．7 本章小结

5 系统关键技术性能试验研究

5．1 核间通信方式试验

5．1．1 直接中断性能试验

5．1．2 IPC MessageQ性能试验

5．2 高速cache性能试验

5．2．1 试验过程

5．2．2 实验结果分析及存储方案优化

5．3 并行访问存储器性能试验

5．3．1 并行访问SL2的性能

5．3．2 并行访问DDR3的性能

5．3．3 并行访问共享内存方案设计

5．4 本章小结

6 系统应用验证与分析

6．1 实验平台开发环境

6．1．1 CCS集成环境

6．1．2 MCSDK组件

6．1．3 DSP函数库

6．1．4 SYS／BIOS实时操作系统

6．2 算法实例分析

6．3 并行处理模型设计

6．4 多核编程实现

6．5 试验与分析

6．5．1 试验环境

6．5．2 图像处理算法验证试验

6．5．3 多核并行处理性能试验

6．6 本章小结

7 结论

7．1 论文总结

7．2 工作展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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