CN102555550B - 一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统，包括数据接收设备、数据解析处理设备、数据传输通道和数据输出设备。本发明还公开了一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理方法，其通过以太网接口接收数据，利用处理器的多个核并行处理数据，由FPGA实现数据的输出。相比现有技术，本发明系统及方法能够大大提高数据的旋转效率以及吞吐量，从而实现数码印花机的高效能产出。

Description

一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统及方法
技术领域
本发明属于印花打印技术领域，具体涉及一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统及方法。
背景技术
随着数码印花机的飞速发展，数码打印产业的快速增长，对数码印花速度有了更高的要求，需要有更快数据处理能力和传输速度的控制装置来实现数码印花机的数据处理和传输。
近年来FPGA(现场可编程门阵列)技术取得了飞速发展，已经从最初只能面向纯逻辑替代的应用转变为能够面向复杂的计算密集型应用。最新推出的FPGA器件中，不仅集成有丰富的可配置逻辑块资源(Configurable Logic Block，CLB)，还包括大量面向计算密集应用的DSP单元、块状RAM(Block RAM，BRAM)和用于高速串行通信的RocketIO GTP收发器单元。同时为方便FPGA的调试，各FPGA厂商还推出了片内逻辑分析测试工具(如Xilinx公司的ChipScope)，在软硬件上保证了在FPGA上实现高性能计算的可行性。
申请号为201010039579.4的中国专利公开了一种高速印花机图像数据旋转处理系统及方法技术，该装置主要包括数据接收设备、数据解析设备、数据处理设备、数据传输通道和数据发送设备；但在实际情况下，该处理技术的数据旋转效率以及数据吞吐量并不高；同时，该技术的数据处理部分是由FPGA来实现，对于大数据量的图像旋转处理，对FPGA性能要求高，成本难以得到有效控制，而且对于技术开发人员要求苛刻，设备更新换代的代价过大，不能很好的满足日益增长的印花机市场需求。
针对数码印花机自定义接口及高速数据传输的要求，需要有专用系统作为数码印花机的数据处理。相对与通用计算机对于数码印花机的数据处理，特别是要求数据按bit位的旋转，通用计算机的处理速度远远无法达到印花机的要求，故需要通过专用系统来实现数据高速旋转来提高印花机的工作效率。
目前，单核处理器在单纯提升主频方面面临功耗等难以逾越的鸿沟，多核处理器将是未来PC和嵌入式领域的主流。Tilera公司生产的多核处理器没有采取传统的基于总线的通信方式，而是采取了一种称为“mesh网络”的通信机制，这种方式是一种二维通信方式，可以大幅度降低功耗并提升核之间的通信效率。Tilera公司的GX系列16核CPU的功耗仅有22W，存储器带宽可以达到205Gpbs，主频可以达到1.25GHz，并且提供了丰富的网络接口以及高速传输接口，如PCI-EXPRESS接口、StreamIO接口等，其中StreamIO接口的传输速度可以达到20Gpbs，充分满足了现代数据处理系统的大数据量传输需求。
发明内容
针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统及方法，能够提高数据的旋转效率以及吞吐量，从而实现数码印花机的高效能产出。
一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统，包括：
数据接收设备，用于接收需要处理的原始数据；
数据解析处理设备，用于对数据接收设备接收到的原始数据进行解析，获取有效数据，并对有效数据进行旋转处理；
数据传输通道，用于对数据解析处理设备旋转处理后的有效数据进行传输；
数据输出设备，用于通过数据传输通道接收旋转处理后的有效数据，并对旋转处理后的有效数据进行输出。
所述的数据接收设备包括多核处理器外扩的两个千兆以太网光纤接口。
所述的数据解析处理设备包括多核处理器的所有核以及多核处理器外扩的六块DDR3存储芯片。
所述的数据传输通道包括多核处理器的StreamIO接口和与其互联的FPGA外扩的StreamIO接口。
所述的数据输出设备包括FPGA、FPGA外扩的一块DDR2存储芯片和与FPGA互联的一块喷头控制接口单板；DDR2存储芯片用于缓存旋转处理后的有效数据，喷头控制接口单板用于并行输出旋转处理后的有效数据以实现对喷头的控制。
一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理方法，包括以下步骤：
(1)由千兆以太网光纤接口接收需要处理的原始数据；
(2)由多核处理器对接收到的原始数据进行解压，按协议分析数据的文件头，提取有效数据，并将有效数据划分为N个数据块(如多核处理器具有N个核，则将有效数据划分为N个数据块)；利用多核处理器的N个核分别并行对N个数据块进行旋转处理，将旋转处理后N个数据块进行合并；
(3)由多核处理器通过StreamIO总线与FPGA进行命令交互，查询FPGA外扩的DDR2中是否有足够空间来存储旋转处理后的有效数据；若是，则由多核处理器通过StreamIO总线写操作，将旋转处理后的有效数据传输给FPGA；
(4)FPGA先将旋转处理后的有效数据存储在DDR2中，然后从DDR2中提取旋转处理后的有效数据，按128位并行输出至喷头控制接口单板，进而通过喷头控制接口单板对旋转处理后的有效数据并行输出。
本发明系统及装置能够大大提高数据的旋转效率以及吞吐量，从而实现数码印花机的高效能产出。采用现有技术的处理系统来完成图像数据的旋转处理，对于一个200MB大小的数据，需要10秒的处理时间；而采用本发明处理系统和方法，只需要2.5秒的处理时间，且数据吞吐量可达到至少80MB/s以上。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图。
图2为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其方法进行详细说明。
如图1所示，一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统，包括数据接收设备、与数据接收设备联接的数据解析处理设备以及通过数据传输通道与数据解析处理设备联接的数据输出设备；其中：
数据接收设备用于接收需要处理的原始数据；其包括多核处理器外扩的两个千兆以太网光纤接口；
数据解析处理设备用于对数据接收设备接收到的原始数据进行解析，获取有效数据，并对有效数据进行旋转处理；其包括多核处理器的所有核以及多核处理器外扩的六块DDR3存储芯片；
数据传输通道用于对数据解析处理设备旋转处理后的有效数据进行传输；其包括多核处理器的StreamIO接口和与其互联的FPGA外扩的StreamIO接口；
数据输出设备用于通过数据传输通道接收旋转处理后的有效数据，并对旋转处理后的有效数据进行输出；其包括FPGA、FPGA外扩的一块DDR2存储芯片和与FPGA互联的一块喷头控制接口单板；DDR2存储芯片用于缓存旋转处理后的有效数据，喷头控制接口单板用于并行输出旋转处理后的有效数据以实现对喷头的控制。
本实施例中多核处理器采用Tilera公司的TileGx系列多核处理器(Tile-Gx16)，处理器具有16个核，主频为1.2GHz；多核处理器外扩的DDR3主频为1333MHZ；FPGA采用Altera公司Stratix III系列型号为EP3SL150的芯片。
如图2所示，本实施例的基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统的处理方法，包括以下步骤：
(1)由千兆以太网光纤接口接收需要处理的原始数据(数码印花机待打印的图像数据)。相比传统的以太网接口，数据传输带宽大大提高，可以满足更高速的数码印花机打印需求。
(2)由多核处理器对接收到的原始数据进行解压，按协议分析数据的文件头，提取有效数据，并将有效数据划分为16个数据块；利用多核处理器的16个核分别并行对16个数据块进行旋转处理，将旋转处理后16个数据块进行合并；
旋转处理的具体操作过程为：
1、每次从DDR3读取一个BYTE的数据，通过移位操作获取每一位的数值；
2、再次对这8个bit分别进行移位操作，通过按位或操作存储到相应的8个转置后结果寄存器中的对应位中；
3、每完成8行原始数据的转置，就可以得到一列转置好的BYTE数据，然后将其存储到DDR3中相应的buffer中；
4、根据步骤1-3，遍历所有需要处理的数据。
(3)由多核处理器通过StreamIO总线与FPGA进行命令交互，查询FPGA外扩的DDR2中是否有足够空间来存储旋转处理后的有效数据；若是，则由多核处理器通过StreamIO总线写操作，将旋转处理后的有效数据传输给FPGA。
(4)FPGA先将旋转处理后的有效数据存储在DDR2中，然后从DDR2中提取旋转处理后的有效数据，按128位并行输出至喷头控制接口单板；进而通过喷头控制接口单板对旋转处理后的有效数据并行输出。
数码印花机的喷头通过喷头控制接口单板接收处理后的图像数据，并根据图像数据和指令将待打印的图像打印到载体上。
经实施验证，采用现有技术的处理系统来完成图像数据的旋转处理，对于一个200MB大小的图像数据，需要10秒的处理时间，其数据吞吐量仅为20MB/s；而采用本实施方式对同样大小的图像数据进行处理，只需要2.5秒的处理时间，且数据吞吐量为80MB/s；数据对比即能表明本实施方式能够大大提高数据的旋转效率以及吞吐量，从而实现数码印花机的高效能产出。

Claims (2)

1.一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理系统，其特征在于，包括：
数据接收设备，用于接收需要处理的原始数据；
数据解析处理设备，用于对数据接收设备接收到的原始数据进行解析，获取有效数据，并对有效数据进行旋转处理；
数据传输通道，用于对数据解析处理设备旋转处理后的有效数据进行传输；
数据输出设备，用于通过数据传输通道接收旋转处理后的有效数据，并对旋转处理后的有效数据进行输出；
所述的数据解析处理设备包括多核处理器的所有核以及多核处理器外扩的六块DDR3存储芯片；
所述的数据接收设备包括多核处理器外扩的两个千兆以太网光纤接口；
所述的数据传输通道包括多核处理器的StreamIO接口和与其互联的FPGA外扩的StreamIO接口；
所述的数据输出设备包括FPGA、FPGA外扩的一块DDR2存储芯片和与FPGA互联的一块喷头控制接口单板；
所述的数据解析处理设备将有效数据划分为N个数据块；利用多核处理器的N个核分别并行对N个数据块进行旋转处理，将旋转处理后N个数据块进行合并；N为多核处理器的核个数；所述旋转处理的具体操作过程如下：
A1.每次从多核处理器外扩的DDR3中读取一BYTE的数据，通过移位操作获取其中每一位的数值；
A2.再次对一BYTE数据的8位数值分别进行移位操作，通过按位或操作存储到相应的8个转置后结果寄存器中的对应位中；
A3.每完成8行原始数据的转置，就可以得到一列转置好的BYTE数据，然后将其存储到DDR3中相应的缓存区中；
A4.根据步骤A1～A3，遍历所有需要处理的数据。
2.一种基于多核处理器的高速印花机图像数据旋转处理方法，包括以下步骤：
（1）由千兆以太网光纤接口接收需要处理的原始数据；
（2）由多核处理器对接收到的原始数据进行解压，按协议分析数据的文件头，提取有效数据，并将有效数据划分为N个数据块；利用多核处理器的N个核分别并行对N个数据块进行旋转处理，将旋转处理后N个数据块进行合并；N为多核处理器的核个数；所述旋转处理的具体操作过程如下：
A1.每次从多核处理器外扩的DDR3中读取一BYTE的数据，通过移位操作获取其中每一位的数值；
A2.再次对一BYTE数据的8位数值分别进行移位操作，通过按位或操作存储到相应的8个转置后结果寄存器中的对应位中；
A3.每完成8行原始数据的转置，就可以得到一列转置好的BYTE数据，然后将其存储到DDR3中相应的缓存区中；
A4.根据步骤A1～A3，遍历所有需要处理的数据；
（3）由多核处理器通过StreamIO总线与FPGA进行命令交互，查询FPGA外扩的DDR2中是否有足够空间来存储旋转处理后的有效数据；若是，则由多核处理器通过StreamIO总线写操作，将旋转处理后的有效数据传输给FPGA；
（4）FPGA先将旋转处理后的有效数据存储在DDR2中，然后从DDR2中提取旋转处理后的有效数据，按128位并行输出至喷头控制接口单板，进而通过喷头控制接口单板对旋转处理后的有效数据并行输出。
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