CN105573960B - 一种低功耗高性能处理模块及其构建方法 - Google Patents

一种低功耗高性能处理模块及其构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105573960B
CN105573960B CN201510918244.2A CN201510918244A CN105573960B CN 105573960 B CN105573960 B CN 105573960B CN 201510918244 A CN201510918244 A CN 201510918244A CN 105573960 B CN105573960 B CN 105573960B
Authority
CN
China
Prior art keywords
processing module
processor
high performance
power supply
low power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510918244.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105573960A (zh
Inventor
李成文
何小亚
刘宇
王纯委
杨涛
范超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Original Assignee
Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC filed Critical Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Priority to CN201510918244.2A priority Critical patent/CN105573960B/zh
Publication of CN105573960A publication Critical patent/CN105573960A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105573960B publication Critical patent/CN105573960B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/16—Combinations of two or more digital computers each having at least an arithmetic unit, a program unit and a register, e.g. for a simultaneous processing of several programs
    • G06F15/163—Interprocessor communication
    • G06F15/173—Interprocessor communication using an interconnection network, e.g. matrix, shuffle, pyramid, star, snowflake
    • G06F15/17306—Intercommunication techniques
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3234—Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/324—Power saving characterised by the action undertaken by lowering clock frequency
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0703—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation
    • G06F11/0706—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation the processing taking place on a specific hardware platform or in a specific software environment
    • G06F11/0736—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation the processing taking place on a specific hardware platform or in a specific software environment in functional embedded systems, i.e. in a data processing system designed as a combination of hardware and software dedicated to performing a certain function
    • G06F11/0739—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation the processing taking place on a specific hardware platform or in a specific software environment in functional embedded systems, i.e. in a data processing system designed as a combination of hardware and software dedicated to performing a certain function in a data processing system embedded in automotive or aircraft systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0703—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation
    • G06F11/0751—Error or fault detection not based on redundancy
    • G06F11/0754—Error or fault detection not based on redundancy by exceeding limits
    • G06F11/0757—Error or fault detection not based on redundancy by exceeding limits by exceeding a time limit, i.e. time-out, e.g. watchdogs

Abstract

本发明提出了一种低功耗高性能处理模块及其构建方法，处理模块是POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器；处理器是2片；处理器的处理性能大于或等于9.2GIPS；每片处理器内配置动态RAM存储器、FLASH存储器和nvRAM存储器；处理模块内设置网络通信接口，网络通信接口采用SOC芯片实现；网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据；处理模块内部设置可编程控制逻辑单元，可编程控制逻辑单元采用CPLD芯片，设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器；设置处理模块工作状态监测、处理模块故障管理与控制。

Description

一种低功耗高性能处理模块及其构建方法
技术领域
本发明是属于嵌入式计算机系统设计技术领域，尤其涉及一种低功耗高性能处理模块及其构建方法。
背景技术
数据处理模块是IMA处理机系统中的核心功能模块，由于IMA系统实现资源高度共享、数据高度融合和软件高度密集的需求，因而对数据处理模块的性能提出了非常高的要求，其性能是三代飞机的100-1000倍。数据处理模块的高性能带来高功耗问题，现有装备型号的单个数据处理模块功耗达到了100W，环控散热提出了非常高的要求，高功耗又带来产品可靠性问题，同时在散热恶劣环境下还无法使用。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种低功耗高性能处理模块，通过大幅度降低模块功耗来提升了模块的可靠性，同时使模块更加通用扩大了模块使用环境和使用领域。
本发明的技术解决方案是：一种低功耗高性能处理模块，其特征在于：所述处理模块是POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器；所述处理器是2片；处理器的处理性能大于或等于9.2GIPS；
每片处理器内配置动态RAM存储器、FLASH存储器和nvRAM存储器；
处理模块内设置网络通信接口，所述网络通信接口采用SOC芯片实现；网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据；
处理模块内部设置可编程控制逻辑单元，所述可编程控制逻辑单元采用CPLD芯片，设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器；设置处理模块工作状态监测、处理模块故障管理与控制；设置处理模块运行监测“看门狗”，累计出现3次“狗叫”后触发处理模块进行复位，累计出现3次复位后，控制处理模块下电；
处理模块连接供电电源，所述供电电源是开关电源。
处理器工作频率包括高中低三档，通过内部控制逻辑频率设置寄存器可动态设置工作频率。
上述每片处理器内配置1GB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器和64KB nvRAM存储器。
上述网络通信接口速率不低于1Gpbs。
上述供电电源输入直流电源+12V，输出直流电源3.3V。
本发明提出一种低功耗高性能处理模块设计方法，考虑机载嵌入系统数据处理使用特点、IMA处理机系统对数据处理模块的功能要求以及保持处理性能相当的前提下，从处理器选型、网络接口专用化、硬件方法、软件方法、电源转换方法等方面进行降低功耗设计。该设计方法在保持性能相当情况下静态最大功耗降低60％，平均动态功耗降低70％，通过大幅度降低模块功耗来提升了模块的可靠性，同时使模块更加通用扩大了模块使用环境和使用领域。
附图说明
图1是本发明低功耗高性能处理模块示意图；
具体实施方式
参见图1，本发明的低功耗高性能处理模块包括处理资源、存储资源、网络通信接口、供电电源转换、以及内部可编程控制逻辑。模块选用POWERPC低功耗P系列或T系列双核或更多核处理器，设计2片处理器、处理性能不低于9.2GIPS。每片处理器配置1GB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器、64KB nvRAM存储器。网络通信接口速率不低于1Gpbs，采用SOC芯片实现。供电电源转换采用开关电源，转换效率不低于95％，输入直流电源+12V，输出直流电源3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、。内部可编程控制逻辑可动态设置处理工作频率，开关FLASH存储器。另外从硬件设计方法(包括电压、负载电容、频率、上下拉、多余电路、悬空管脚、编码、FPGA、电源动态管理)和软件设计方法(包括中断、程序优化、多余代码)降低模块功耗。
低功耗高性能处理模块设计方法实施方式如下：
处理资源低功耗设计方法:①选用POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器，模块设计2片处理器、处理性能不低于9.2GIPS；②处理器工作频率设计高中低三档，通过内部控制逻辑频率设置寄存器可动态设置工作频率，一般情况下运行在低挡，当工作任务为中等时工作频率设置为中档，当应用功能全速运行时工作频率设置为最高档；③集成处理器中不使用的功能通过软件全部禁止掉。
存储资源低功耗设计方法:①每片处理器配置1GB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器、64KB nvRAM存储器；②动态RAM存储器工作频率随着处理器工作频率调节；③FLASH存储器把程序存储区域和数据存储区域分开，程序存储区域在软件加载后通过软件禁止降低工作功耗，数据存储区域一般情况下被禁止、需要使用时才使能、使用结束后再被禁止。
网络通信接口低功耗设计方法：①采用SOC芯片实现，网络通信接口速率不低于1Gpbs；②网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据；③网络命令字通过中断方式通知处理器。
供电电源转换低功耗设计方法：①供电电源转换采用开关电源，转换效率不低于95％，输入直流电源+12V，输出直流电源3.3V；②2.5V、1.8V、1.5V等电源采用线性电源转器，由3.3V电源转换得到；③当模块出现严重故障不能正常工作时通过内部故障逻辑控制电源转换器下电。
内部可编程控制逻辑低功耗设计方法：①可编程逻辑采用低功耗CPLD芯片，由模块内部所有电路控制用；②设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器；③设置模块工作状态监测、模块故障管理与控制；④设置模块运行监测”看门狗”,累计出现3次“狗叫”后触发模块进行复位，累计出现3次复位后，控制模块下电。
硬件措施低功耗设计方法：①不用的输入空管脚采用接地固定电平；②采用10KΩ以上电阻对信号弱上下拉；③尽量减少冗余电路；④计数器逻辑、状态机逻辑采用格雷编码，减少计数变换中产生的尖峰电流脉冲；⑤尽可能采用低功耗高密度COMS芯片；⑥模块进入空中运行状态后，禁止调试电路工作。
软件措施低功耗设计方法：①外部事件禁止查询方式而采用中断方式；②尽可能采用低级语言编程；③优化程序代码；④减少冗余代码。

Claims (5)

1.一种低功耗高性能处理模块，其特征在于：所述处理模块是POWERPC低功耗P系列或T系列双核或四核处理器；所述处理器是2片；处理器的处理性能大于或等于9.2GIPS；
每片处理器内配置动态RAM存储器、FLASH存储器和nvRAM存储器；
处理模块内设置网络通信接口，所述网络通信接口采用SOC芯片实现；网络数据通过DMA方式与动态RAM存储器交换数据；
处理模块内部设置可编程控制逻辑单元，所述可编程控制逻辑单元采用CPLD芯片，设置处理器工作频率寄存器、FLASH存储器使能寄存器；设置处理模块工作状态监测、处理模块故障管理与控制；设置处理模块运行监测“看门狗”，累计出现3次“狗叫”后触发处理模块进行复位，累计出现3次复位后，控制处理模块下电；
处理模块连接供电电源，所述供电电源是开关电源。
2.根据权利要求1所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于：处理器工作频率包括高中低三档，通过内部控制逻辑频率设置寄存器可动态设置工作频率。
3.根据权利要求2所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于：所述每片处理器内配置1GB动态RAM存储器、512MB FLASH存储器和64KB nvRAM存储器。
4.根据权利要求3所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于：所述网络通信接口速率不低于1Gpbs。
5.根据权利要求4所述的低功耗高性能处理模块，其特征在于：所述供电电源输入直流电源+12V，输出直流电源3.3V。
CN201510918244.2A 2015-12-10 2015-12-10 一种低功耗高性能处理模块及其构建方法 Active CN105573960B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510918244.2A CN105573960B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种低功耗高性能处理模块及其构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510918244.2A CN105573960B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种低功耗高性能处理模块及其构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105573960A CN105573960A (zh) 2016-05-11
CN105573960B true CN105573960B (zh) 2018-07-06

Family

ID=55884115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510918244.2A Active CN105573960B (zh) 2015-12-10 2015-12-10 一种低功耗高性能处理模块及其构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105573960B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6736980B2 (ja) * 2016-05-27 2020-08-05 オムロン株式会社 システムおよび半導体装置
CN106227695A (zh) * 2016-07-18 2016-12-14 广东高云半导体科技股份有限公司 Fpga的编程i/o和用户i/o的优化方法及器件
CN106502957B (zh) * 2016-12-09 2019-10-18 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于vpx总线的星载雷达数据处理及管控装置
CN106774807A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 深圳市博巨兴实业发展有限公司 一种基于mcu的视频识别soc低功耗控制方法
CN115599638B (zh) * 2022-12-01 2023-03-10 浙江锐文科技有限公司 一种在智能网卡/dpu内对多服务大流量功耗优化方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7234017B2 (en) * 2005-02-24 2007-06-19 International Business Machines Corporation Computer system architecture for a processor connected to a high speed bus transceiver
CN104834628A (zh) * 2015-04-26 2015-08-12 西北工业大学 多态计算平台及其构造方法
CN204832891U (zh) * 2015-08-27 2015-12-02 青岛四方车辆研究所有限公司 高性能多用途处理器卡

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7234017B2 (en) * 2005-02-24 2007-06-19 International Business Machines Corporation Computer system architecture for a processor connected to a high speed bus transceiver
CN104834628A (zh) * 2015-04-26 2015-08-12 西北工业大学 多态计算平台及其构造方法
CN204832891U (zh) * 2015-08-27 2015-12-02 青岛四方车辆研究所有限公司 高性能多用途处理器卡

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
机载PowerPC系列高性能处理器模块硬件设计;杨涛, 李成文, 刘宇, 何小亚;《大众科技》;20150531;第17卷(第5期);第1-4页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105573960A (zh) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105573960B (zh) 一种低功耗高性能处理模块及其构建方法
CN105785958B (zh) 基于智慧工厂的多功能数据采集器、采集系统及方法
CN105404538B (zh) 一种fpga的加载和升级目标代码的装置及方法
CN103325411B (zh) 一种用于fpga的抗单粒子翻转加固系统及其方法
CN102945217A (zh) 一种基于三模冗余的星载综合电子系统
CN102540982A (zh) 一种运动控制卡和运动控制方法
CN106254097A (zh) 一种基于第三方判定的ats系统双机仲裁系统及方法
CN203520080U (zh) 一种通用变频器实时控制器
CN109189714A (zh) 一种基于Arria10 FPGA的双处理节点的信号处理系统
CN106469127A (zh) 一种数据访问装置及方法
CN102141833A (zh) Usb电源管理系统及其方法
CN102915778B (zh) 利用功能组分析法对核电厂数字化仪控系统进行失电分析的方法
CN105183509A (zh) 一种实现软关机后关闭系统电源的装置和方法
CN102880235A (zh) 基于龙芯2f cpu的单板计算机及其复位管理和使用方法
CN107666449A (zh) 一种基于fpga的多dsp数据交换装置及交换方法
CN109032018A (zh) 基于嵌入式gpu的无人机通用信号处理装置
CN203588012U (zh) 一种制造执行系统现场控制器
CN107239423A (zh) 一种基于扩展iic接口的装置
CN106292821B (zh) 一种单火线取电芯片
CN109388526A (zh) 一种控制电路及复位操作的方法
CN206096990U (zh) 单火线取电芯片
CN205210574U (zh) 一种基于微控制器实现fpga数据配置的双核心控制模块
CN203025688U (zh) 一种多处理器程序加载装置
CN203366107U (zh) 一种多电机联锁保护系统
CN207939499U (zh) 一种格雷码转换模块

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant