CN103179385A

CN103179385A - 一种基于多核处理器的可扩展nvr系统

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Publication number: CN103179385A
Application number: CN2013101067536A
Authority: CN
Inventors: 吕杰
Original assignee: SUZHOU TEKNICE VIDEO TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU TEKNICE VIDEO TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: CN103179385B

Abstract

本发明公开了一种基于多核处理器的可扩展NVR系统，所述NVR系统包括主控系统、SATA存储系统、IO扩展系统以及若干个扩展子系统，其中：主控系统，用于完成数据的输入输出以及向各扩展子系统进行数据处理任务的动态分配；SATA存储系统，与所述主控系统通过PCIE进行数据交互，用于存储和读取数据；IO扩展系统，与所述主控系统通过相互匹配的管理接口相连接，用于对外扩展接口；扩展子系统，与所述主控系统通过PCIE进行数据交互，用于完成主控分配的数据处理任务。本发明以多核处理器为核心，通过PCIE高速串行总线与多个扩展子系统以及可扩展子卡进行数据传输，处理能力强、带宽高、功耗低。

Description

一种基于多核处理器的可扩展NVR系统

技术领域

本发明涉及数据处理装置领域，具体涉及一种基于多核处理器的可扩展NVR系统。

背景技术

随着网络高清视频监控技术的持续发展与逐步成熟，作为未来监控领域的重要发展方向之一，以高清摄像机（枪型、球型、半球型）为代表的网络高清监控摄像技术，在工厂、企业、城市等监控领域得到了广泛的应用。对于监控区域广，监控点多，数据量大的应用场合，用户对高清数字视频码流的传输、处理、存储和管理的需求也不断提高。

VPX总线采用高速串行总线技术替代了VME总线的并行总线技术。VPX总线引入了目前最新串行总线技术，例如：RapidIO、PCI-Express和万兆以太网等，支持更高的背板带宽。VPX核心交换可以提供32对差分对，每对差分对理论上可以提供10Gbps的数据交换能力，一个VPX模块理论上最高可以提供8GByte/s的数据交换能力。

NVR（Network Video Recorder），即网络视频录像机，NVR的出现，实现了网络高清数字视频码流的统一处理、存储、显示以及管理。

目前主流NVR设备采用单一CPU架构，通过网络接收监控区域摄像机数据，并进行处理及存储，同时对摄像机进行统一管理。随着摄像机分辨率、清晰度的不断提高和监控区域的不断增加，视频数据处理的吞吐量、计算量和复杂度迅速膨胀，对NVR设备的处理性能提出了更高的需求。

随着总线技术的不断进步，高速串行总线（如PCIE）可达10Gbps，同时万兆以太网也已经渐渐开始应用在不同场合，因此传输速率不再成为系统的限制因素，而是CPU的处理性能成为主要的制约因素。

当前，CPU的性能也在不断提高，计算能力也越来越强，高主频，多处理核的CPU也不断问世。但是对于庞大多变的市场需求，单CPU系统始终不能很好的满足不同的应用场合，因此，需要可灵活扩展的多处理器协同处理的高性能NVR设备，以满足多变的市场需求。

发明内容

本发明提供了一种基于多核处理器的可扩展NVR系统，以多核处理器为核心，通过PCIE高速串行总线与多个扩展子系统以及可扩展子卡进行数据传输，满足不同场合的不同性能需求，处理能力强、带宽高、功耗低。

一种基于多核处理器的可扩展NVR系统，所述NVR系统包括主控系统、SATA存储系统、IO扩展系统以及若干个扩展子系统，其中：

主控系统，用于完成数据的输入输出以及向各扩展子系统进行数据处理任务的动态分配；

SATA存储系统，与所述主控系统通过PCIE进行数据交互，用于存储和读取数据；

IO扩展系统，与所述主控系统通过相互匹配的管理接口相连接，用于对外扩展接口；

扩展子系统，与所述主控系统通过PCIE进行数据交互，用于完成主控系统分配的数据处理任务。

所述主控系统包括多核处理器、PCIE交换芯片、FPGA和管理接口，PCIE交换芯片、FPGA、管理接口均和多核处理器相连。

主控系统作为数据处理的核心，在SATA存储系统、IO扩展系统以及若干个扩展子系统之间数据处理的分配以及平衡，需要处理的网络高清数字视频码流输入至主控系统中，由主控系统进行任务分配、任务监控以及任务的动态调整。

主控系统作为整个NVR系统的服务器平台，负责网络高清数字视频码流的传输、转发，监控视频网络中各IPC、编解码器的统一管理，码流本地存储及读取，客户端命令转发，本地视频解码及显示，并对扩展子系统进行实时任务分布及动态管理。

主控系统是NVR系统的核心，首要任务是对网络中接入的所有设备进行统一管理，包括资源维护（设备添加删除修改、设备资源维护），参数维护（设备参数设置及获取），账号管理（用户信息添加删除修改查询），级联同步（与同级或上级平台同步信息），回放/检索（事件检索、标签检索），实况（转发实况请求），对讲/广播（转发对讲和广播请求），云台控制（云台抢占控制、中转云台控制命令、转发手动巡航命令），透明通道（维护透明通道的映射，中转透明通道数据，透明通道恢复），事件管理（统一维护设备状态）和轮切等功能。

每个扩展子系统包括多核处理器、PCIE交换芯片、FPGA、以太网交换机、Rapid IO交换机和管理接口，PCIE交换芯片、FPGA、以太网交换机、Rapid IO交换机、管理接口均和多核处理器相连。

扩展子系统通过VPX总线实现与主控系统的高速数据交换以及命令传输。

扩展子系统中的以太网交换机可以扩展10G以太网和1G以太网，FPGA也可以扩展用户输入输出接口，实现与外部网络的数据交互。

每个扩展子系统内部的多核处理器与FPGA之间通过PCIe总线相连，FPGA扩展Rapid IO接口，用于与其他扩展子系统之间进行高宽带数据的交换以及命令的传输。

每个扩展子系统内部的多核处理器和FPGA之间采用PCIe交换芯片实现内部高宽带数据交换和命令控制。

扩展子系统可根据主控系统分配的任务，完成不同的工作，包括解码扩展子系统、编码扩展子系统、辅助管理扩展子系统等。

扩展子系统实现的功能可根据实际需求进行灵活选择，负责解码的扩展子系统，完成网络高清数字视频码流的解码；负责编码的扩展子系统，完成原始数字视频数据的编码；负责辅助管理的扩展子系统，协助主控系统对整个监控网络中的IPC、编解码器进行统一管理。

同时，扩展子系统可通过扩展的FPGA实现本地视频显示的功能。扩展子系统基于高性能多核处理器，与主控系统之间，与其他扩展子系统之间通过高速PCIE串行总线进行数据交互，具有计算能力强、性能高、数据吞吐量大等特点。本发明系统的灵活性及可扩展性主要通过扩展子系统体现。

所述IO扩展系统包括MCU、管理接口、PCIE交换芯片和对外扩展接口，管理接口、PCIE交换芯片、对外扩展接口均与MCU相连。

主控系统通过与MCU交互，实现IO接口扩展，包括模拟信号输入，485通讯接口扩展，告警信号输入输出等。

所述SATA存储系统包括PCIE转多路SATA桥片和SATA硬盘。

SATA存储系统与主控系统通过PCIE总线连接，实现高清数字视频码流的硬盘存储及读取。

所述管理接口为与低速串行总线相匹配的接口。

低速串行总线为I2C、CAN或SPI等现有技术中常用的低速串行总线，由于主控系统和IO扩展系统、扩展子系统之间进行命令传输或者配置扩展子系统的检测、中断等功能时，数据传输量并不大，因此，低速串行总线即可满足要求，优选低速串行总线为I2C。

主控系统通过多核处理器可扩展10G以太网和1G以太网实现网络数据传输；主控系统通过PCIE高速总线与FPGA及SATA存储系统进行通讯，在FPGA内部完成高清视频的本地多格式输出（HDMI、VGA），在SATA存储系统中实现高清数字视频码流的存取；与扩展子系统通过PCIE交换芯片相连，进行高带宽数据传输及任务分配；通过管理接口（I2C、GPIO等低速接口）与IO扩展系统进行通讯管理，实现模拟输入、485通讯、告警输入输出等接口扩展。

本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统基于高性能多核处理器，采用PCIE高速总线实现系统间和芯片间的数据交互，具有传输速度快，处理能力强，功能灵活，功耗低，可靠性高等优点，同时具备10Gbps以太网数据交互，20Gbps高速串行总线互联能力。

附图说明

图1为本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的结构示意图；

图2为本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的主控系统的结构示意图；

图3为本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的扩展子系统的结构示意图；

图4为本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的SATA存储系统的结构示意图；

图5为本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的IO扩展系统的结构示意图；

图6为本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统做详细描述。

如图1、图6所示，一种基于多核处理器的可扩展NVR系统，NVR系统包括主控系统110、SATA存储系统130、IO扩展系统140以及若干个扩展子系统120，其中：

主控系统110，用于完成数据的输入输出以及向各扩展子系统进行数据处理任务的动态分配；

SATA存储系统130，与主控系统110通过PCIE进行数据交互，用于存储和读取数据；

IO扩展系统140，与主控系统110通过相互匹配的管理接口相连接，用于对外扩展接口；

扩展子系统120，与主控系统110通过PCIE进行数据交互，用于完成主控系统110分配的数据处理任务。

主控系统110和扩展子系统120通过PCIE交换机111和管理接口113实现数据的交换和命令控制、中断等功能。

主控系统110和SATA存储系统130通过多核处理器的PCIE高速接口112完成高清数字视频码流的存取。

主控系统110通过管理接口113与IO扩展系统140进行通讯，扩展模拟输入、多路485通讯、告警输入输出等IO接口。

主控系统110实时监控并向各个系统分配任务，实现动态管理，保证系统数据处理的高效性。本发明系统具有强大的数据处理能力和数据吞吐量。

本发明系统根据不同应用场合对数据处理能力的需求可选择配置不同数量的扩展子系统120，扩展子系统120根据需求完成不同的功能，作为解码、编码、或者辅助处理的模块，在整个系统中使用，具有很好的可扩展性，满足超高处理性能需求的应用场合。

如图2所示，主控系统包括多核处理器、PCIE交换芯片、FPGA和管理接口。

多核处理器210和FPGA220之间通过PCIE高速总线传输高清数字视频码流，在FPGA220内部实现多格式高清视频输出HDMI、VGA，完成本地高清视频显示。

多核处理器210通过10G或1G以太网对外接口实现网络高清数字视频码流的接收与转发，并对网络中接入的IPC、编码器、解码器和客户端统一管理，实现资源维护，参数维护，账号管理，级联同步，回放/检索，实况，对讲/广播，云台控制，透明通道，事件管理，轮切等功能。

多核处理器210通过PCIE交换芯片111和扩展子系统120进行数据交互，任务分配和动态管理。

多核处理器210和SATA存储系统130采用PCIE高速总线实现高清数字视频码流的存取。

多核处理器210和IO扩展系统140通过管理接口通讯，扩展对外IO接口。

如图3所示，每个扩展子系统包括多核处理器、PCIE交换芯片、FPGA、以太网交换机、Rapid IO交换机和管理接口。

多核处理器310和FPGA320之间采用PCIE高速总线交互，通过FPGA320实现本地视频输出及其他接口扩展。

对于高性能需求的应用场合，扩展子系统120使用统一的硬件，基于不同的软件实现不同的功能，根据功能的不同，划分为解码扩展子系统、编码扩展子系统和辅助管理扩展子系统，其中，解码扩展子系统协助主控系统110对高清数字视频码流进行解码；编码扩展子系统协助主控系统110对高清数字视频码流进行编码；辅助管理扩展子系统协助主控系统110对整个接入网络的监控系统进行管理，实现监控区域的不断扩大和监控网络复杂程度提高。

扩展子系统120基于高性能多核处理器310，硬件性能不会成为制约，因此可根据用户需求灵活选择扩展子系统120功能，并不断扩展新功能，使得本硬件装置具有充分的可扩展性、灵活性和强大的处理性能。

如图5所示，IO扩展系统包括MCU、管理接口、PCIE交换芯片和对外扩展接口。

主控系统110通过管理接口与IO扩展系统140的MCU510通讯，实现模拟输入、多路485通讯接口，告警输入输出接口的扩展。

如图4所示，SATA存储系统包括PCIE转多路SATA桥片和SATA硬盘。

SATA存储系统130包含PCIE转多路SATA桥片410。主控系统110通过PCIE高速串行总线传输的高清数字视频码流，经过PCIE转SATA桥片410转换多路SATA信号，实现SATA存储系统130中SATA硬盘数据的存取。

本发明中的管理接口为与低速串行总线相匹配的接口。低速串行总线包括I2C、CAN和SPI等现有技术中常用的低速串行总线，由于主控系统和IO扩展系统、扩展子系统之间进行命令传输或者配置扩展子系统的检测、中断等功能时，数据传输量并不大，因此，低速串行总线即可满足要求。

多核处理器均采用Tilera公司研发的多核处理器产品，单一硅片上集成了36个完整的主频高达1.5GHz、64位处理器核，高达66Tpbs的片上带宽，拥有强劲的单核处理能力以及出色的核间协作能力，最大支持512GByte的DDR3内存。

本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统中，主控系统110通过多核处理器210扩展10G以太网或1G以太网实现网络高清数字视频码流传输，以及监控网络中接入设备的管理，通过RS232、RS485、USB等接口进行调试，并可通过FPGA220实现本地多格式高清视频输出。

本发明基于多核处理器的可扩展NVR系统的工作流程包括如下步骤：

A、主控系统110通过多核处理器210外扩10G或1G以太网对监控网络中接入的设备进行统一管理，并作为服务器平台，完成对各设备的管理功能，同时向各设备传输、转发高清数字视频码流。

对于不同应用的不同性能需求，可扩展多个不同功能的扩展子系统120，协助主控系统110完成设备管理和数据处理等功能，通过PCIE交换芯片111实时向各扩展子系统分配任务，进行动态管理，使NVR系统具有很大的数据吞吐量和强大的数据处理性能。

B、扩展子系统120通过PCIE交换芯片111获得主控系统110分配的不同任务，由扩展子系统120上的多核处理器310进行编码、解码或者辅助管理。

扩展子系统120完成的任务可通过软件方式进行更改，具有很高的灵活性。解码扩展子系统实现高清数字视频码流的解码任务；编码扩展子系统实现高清数字视频码流的编码任务；辅助管理扩展子系统协助主控系统110对网络接入设备进行统一管理。所有扩展子系统通过PCIE将处理结果发送至主控系统110，同时支持FPGA320扩展的高清视频本地输出。

C、SATA存储系统130采用PCIE转多路SATA桥片410将通过PCIE高速总线传输的数据转换成多路SATA信号，存储在多块SATA硬盘中。根据系统命令读取SATA硬盘中的数据通过PCIE转SATA桥片410发送给主控系统110。

D、IO扩展系统140上的MCU510通过管理接口与主控系统110进行交互，通过MCU510自带A/D功能扩展模拟输入接口，软件扩展多路485通讯接口和多路告警输入输出接口。

E、主控系统110根据需求将高清数字视频码流通过10G或1G以太网发送至客户端进行软件解码，或者在网络中接入的解码器进行硬件解码，并在远端输出显示，同时对监控网络内的接入设备进行远程控制和管理。

F、主控系统110中的多核处理器210通过解码扩展子系统进行解码，并采用PCIE高速总线发送至FPGA220，FPGA220完成多格式高清视频HDMI、VGA本地输出显示。

Claims

1.一种基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，所述NVR系统包括主控系统、SATA存储系统、IO扩展系统以及若干个扩展子系统，其中：

2.如权利要求1所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，所述主控系统包括多核处理器、PCIE交换芯片、FPGA和管理接口，PCIE交换芯片、FPGA、管理接口均和多核处理器相连。

3.如权利要求1所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，每个扩展子系统包括多核处理器、PCIE交换芯片、FPGA、以太网交换机、Rapid IO交换机和管理接口，PCIE交换芯片、FPGA、以太网交换机、Rapid IO交换机、管理接口均和多核处理器相连。

4.如权利要求1所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，所述IO扩展系统包括MCU、管理接口、PCIE交换芯片和对外扩展接口，管理接口、PCIE交换芯片、对外扩展接口均与MCU相连。

5.如权利要求1所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，所述SATA存储系统包括PCIE转多路SATA桥片和SATA硬盘。

6.如权利要求1所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，所述管理接口为与低速串行总线相匹配的接口。

7.如权利要求6所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，低速串行总线为I2C、CAN或SPI。

8.如权利要求6所述的基于多核处理器的可扩展NVR系统，其特征在于，低速串行总线为I2C。