CN102591602B - 一种基于多核处理器的高速数码印花处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多核式处理器的高速数码印花处理系统，包括千兆以太网接口、I2C接口、StreamIO接口和多核处理器；多核处理器包括命令接收单元、命令处理单元、命令输出单元、数据接收单元、压缩数据缓存单元、数据解压单元、解压数据缓存单元和数据输出单元；同时本发明还公开了一种基于多核式处理器的高速数码印花处理方法。本发明以高性能多核处理器为核心，通过千兆以太网和StreamIO接口来完成打印数据从PC机到打印喷头的高速传输，通过千兆以太网和I2C接口实现打印命令的处理和转发，同时完成打印图像数据的解压缩和图像旋转等处理工作，大大提高了数码印花系统的工作效率。

Description

一种基于多核处理器的高速数码印花处理系统及方法
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数码印花处理系统及方法。
背景技术
随着纺织印花产业对印花精度、批量制版灵活度和环境保护的要求越来越高，数码印花技术逐渐取代传统印花技术成为纺织印花产业的主导技术。数码印花市场需求的高速增长和数码打印产业的快速发展，对数码印花速度有了越来越高的要求，需要有更快数据处理能力的处理系统来实现数码印花机的数据传输和数据处理。
目前的数码印花机大多首先在PC机上完成对打印图像的处理，然后将处理后的打印数据和打印控制命令通过并行接口送至数码印花机喷头。受PC上的通用处理器性能限制和并行接口的传输速度限制，目前的数码印花机无法对大数据量的打印图像进行实时处理，打印速度也大大落后于采用传统印花技术的印花机，无法发挥数码印花机精度高、污染小的优势，也无法广泛应用于实际生产中。
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、I2C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数码印花处理系统及方法，能够实现打印数据的高速处理和传输。
一种基于多核处理器的高速数码印花处理系统，包括千兆以太网接口、I2C接口、StreamIO接口和多核处理器；其中：
所述的多核处理器通过千兆以太网接口接收外部设备发送的打印命令和打印数据，并对所述的打印命令进行解析处理，通过I2C接口向外部设备发送打印控制命令，同时对所述的打印数据进行解压旋转处理，通过StreamIO接口将解压旋转后的打印数据发送给外部设备。
所述的多核处理器，包括：
命令接收单元，用于通过千兆以太网接口接收外部设备发送的打印命令，并对所述的打印命令进行解析，输出打印操作命令和打印控制命令；
命令处理单元，用于对所述的打印操作命令进行处理，并输出操作指令；
命令输出单元，用于通过I2C接口向外部设备转发所述的打印控制命令；
数据接收单元，用于根据所述的操作指令通过千兆以太网接口接收外部设备发送的打印数据；
压缩数据缓存单元，用于缓存数据接收单元接收到的打印数据；
数据解压单元，用于从压缩数据缓存单元中提取打印数据，并对打印数据进行解压；
解压数据缓存单元，用于缓存数据解压单元解压后的打印数据；
数据输出单元，用于根据所述的操作指令从解压数据缓存单元中提取解压后的打印数据，对解压后的打印数据进行旋转，并通过StreamIO接口将解压旋转后的打印数据发送给外部设备。
优选地，所述的多核处理器至少具有四个核；所述的命令接收单元和数据接收单元归属于多核处理器的核一，核一为多核处理器的主核；所述的数据解压单元归属于多核处理器的核二；所述的数据输出单元归属于多核处理器的核三；所述的命令处理单元和命令输出单元归属于多核处理器的核四；能够充分利用多核处理的优势，提高数码印花处理的效率。
优选地，所述的千兆以太网接口为千兆以太网光纤接口；传输速度快。
优选地，所述的压缩数据缓存单元或解压数据缓存单元为多核处理器外扩的DDR3存储芯片；读写速度快。
一种基于多核处理器的高速数码印花处理方法，包括如下步骤：
(1)由核一中的命令接收单元通过千兆以太网接口接收打印命令，将打印命令放入命令缓存区，并通过mailbox发送中断信号给核四；核四中的命令处理单元接收到中断信号后从命令缓存区中提取对应的打印命令进行处理，并向核一和核三输出操作指令；核四中的命令输出单元接收到中断信号后从命令缓存区中提取对应的打印命令通过I2C接口进行转发；
(2)核一中的数据接收单元根据操作指令通过千兆以太网接口接收打印数据，将打印数据放入压缩数据缓存单元，并通过mailbox发送中断信号给核二，核二中的数据解压单元接收到中断信号后从压缩数据缓存单元中提取打印数据进行解压；
(3)核二中的数据解压单元完成数据解压后，将解压后的打印数据放入解压数据缓存单元，并通过mailbox发送中断信号给核三；核三中的数据输出单元接收到中断信号后根据操作指令从解压数据缓存单元中提取解压后的打印数据，对解压后的打印数据进行旋转，并通过StreamIO接口对解压旋转后的打印数据进行输出。
本发明以高性能多核处理器为核心，通过千兆以太网和StreamIO接口来完成打印数据从PC机到打印喷头的高速传输，通过千兆以太网和I2C接口实现打印命令的处理和转发，同时完成打印图像数据的解压缩和图像旋转等处理工作，大大提高了数码印花系统的工作效率。
本发明在数据传输过程中，通过设置压缩数据缓存单元和解压数据缓存单元来实现数据接收单元、数据解压单元和数据输出单元的并行工作，从而降低数据传输时延，提高系统的数据吞吐量。同时，本发明采用了千兆以太网接口连接PC机，实现了数码印花机和网络设备的无缝连接，提高了数码印花机的可扩展性；采用共享内存与mailbox技术方式实现核与核之间的数据共享和同步，提高了数码印花系统的工作效率。故本发明能够实现100MB/s以上的数据传输速率，从而可在保证高速打印的同时发挥数码印花精度高、灵活性强、污染小的优势，广泛地应用于实际生产中。
附图说明
图1为高速数码印花的原理示意图。
图2为本发明系统的硬件结构示意图。
图3为本发明系统的结构原理示意图。
图4为本发明系统命令处理的流程示意图。
图5为本发明系统数据处理的流程示意图。
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，高速数码印花的原理为：首先，通过千兆以太网接收PC机传输的打印图像数据和打印命令；然后对打印命令进行解析处理后发送给运动控制系统，对打印数据进行解压旋转处理后发送给喷头控制系统；最后，印花机的喷头根据打印控制命令将待打印的图像打印到载体上。
如图2和3所示，一种基于多核处理器的高速数码印花处理系统，包括千兆以太网光纤接口、I2C接口、StreamIO接口和多核处理器；其中：
多核处理器，包括：
命令接收单元，其通过千兆以太网光纤接口接收PC机发送的打印命令，并对打印命令进行解析，输出打印操作命令和打印控制命令；
命令处理单元，其对打印操作命令进行处理，并输出操作指令；
命令输出单元，其通过I2C接口向运动控制系统转发打印控制命令；
数据接收单元，其根据操作指令通过千兆以太网光纤接口接收PC机发送的打印数据；
压缩数据缓存单元，其缓存数据接收单元接收到的打印数据；
数据解压单元，其从压缩数据缓存单元中提取打印数据，并对打印数据进行解压；
解压数据缓存单元，其缓存数据解压单元解压后的打印数据；
数据输出单元，其根据操作指令从解压数据缓存单元中提取解压后的打印数据，对解压后的打印数据进行旋转，并通过StreamIO接口将解压旋转后的打印数据发送给喷头控制系统。
其中，命令接收单元和数据接收单元归属于多核处理器的核一，核一为多核处理器的主核；数据解压单元归属于多核处理器的核二；数据输出单元归属于多核处理器的核三；命令处理单元和命令输出单元归属于多核处理器的核四；压缩数据缓存单元和解压数据缓存单元均为多核处理器外扩的DDR3存储芯片。
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。
本实施例的基于多核处理器的高速数码印花处理系统的处理方法，包括以下步骤：
(1)由核一中的命令接收单元通过千兆以太网光纤接口接收PC机发送的打印命令，将打印命令放入命令缓存区，并通过mailbox发送中断信号给核四；核四中的命令处理单元接收到中断信号后从命令缓存区中提取对应的打印命令进行处理，并向核一和核三输出操作指令；核四中的命令输出单元接收到中断信号后从命令缓存区中提取对应的打印命令通过I2C接口向运动控制系统进行转发；
(2)核一中的数据接收单元根据操作指令通过千兆以太网光纤接口接收PC机发送的打印数据，将打印数据放入压缩数据缓存单元，并通过mailbox发送中断信号给核二，核二中的数据解压单元接收到中断信号后从压缩数据缓存单元中提取打印数据进行解压；
(3)核二中的数据解压单元完成数据解压后，将解压后的打印数据放入解压数据缓存单元，并通过mailbox发送中断信号给核三；核三中的数据输出单元接收到中断信号后根据操作指令从解压数据缓存单元中提取解压后的打印数据，对解压后的打印数据进行旋转，并通过StreamIO接口将解压旋转后的打印数据发送给喷头控制系统。
如图4所示，本实施方式中打印命令的处理流程为：
A.命令接收单元通过千兆以太网光纤接口接收打印主控端(PC机)发送的打印命令，并对命令头部进行解析；根据命令类型对命令进行区分，需由本系统处理的操作命令交由命令处理单元进行处理，需要转发的控制命令交由命令输出单元进行转发。
B.命令处理单元对操作命令进行解析并作处理，同时对系统工作状态进行相应修改(控制数据接收单元与数据输出单元的收发)；命令处理完成后，通过千兆以太网光纤接口向PC机反馈命令处理结果。
C.命令转发单元从命令接收单元获取需要转发的控制命令，并通过I2C接口向运动控制系统进行转发；命令转发完成后，通过I2C接口接收转发命令处理结果，并通过千兆以太网光纤接口向主控PC机进行反馈。
如图5所示，本实施方式中打印数据的处理流程为：
A.数据接收单元通过千兆以太网光纤接口接收打印主控端(PC机)发送的经过RLE压缩算法压缩的打印数据，并检查当前系统工作状态；若系统处于打印工作状态且压缩数据缓存单元(DDR3)有足够的空闲容量，则将接收到的数据放入压缩数据缓存单元中；若否，则清空压缩数据缓存器，放弃此次接收到的打印数据。
B.数据解压单元从压缩数据缓存单元中提取待处理的打印数据，并采用RLE解压缩算法按块对打印数据进行解压缩，若解压数据缓存单元(DDR3)有足够的空闲容量，则将解压缩后的数据被放入解压数据缓存单元；若否，则停止从压缩数据缓存单元提取打印数据，并停止解压。
C.数据输出单元从压缩数据缓存单元中提取解压缩后的数据，并检查系统工作状态；若系统处于打印工作状态，则将解压缩后的数据进行旋转后通过StreamIO接口输送至打印喷头；若否，则停止输出数据，并清空解压数据缓存单元。
经实施验证，采用现有技术的高速数码印花处理系统来完成图像数据的处理传输，在打印精度为600*600dpi下进行打印，其打印速度为20平方米/小时；而采用本实施方式在同样打印精度下进行处理传输，其打印速度为120平方米/小时，且数据吞吐量为100MB/s；数据对比即能表明本实施方式能够大大提高数据的传输效率以及吞吐量，从而实现数码印花机的高效能产出。

Claims (1)

1.一种基于多核处理器的高速数码印花处理方法，包括如下步骤：
（1）由核一中的命令接收单元通过千兆以太网接口接收打印命令，将打印命令放入命令缓存区，并通过mailbox发送中断信号给核四；核四中的命令处理单元接收到中断信号后从命令缓存区中提取对应的打印命令进行处理，并向核一和核三输出操作指令；核四中的命令输出单元接收到中断信号后从命令缓存区中提取对应的打印命令通过I2C接口进行转发；
（2）核一中的数据接收单元根据操作指令通过千兆以太网接口接收打印数据，将打印数据放入压缩数据缓存单元，并通过mailbox发送中断信号给核二，核二中的数据解压单元接收到中断信号后从压缩数据缓存单元中提取打印数据进行解压；
（3）核二中的数据解压单元完成数据解压后，将解压后的打印数据放入解压数据缓存单元，并通过mailbox发送中断信号给核三；核三中的数据输出单元接收到中断信号后根据操作指令从解压数据缓存单元中提取解压后的打印数据，对解压后的打印数据进行旋转，并通过StreamIO接口对解压旋转后的打印数据进行输出。
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