RU137809U1 - Вычислительное устройство для обработки данных - Google Patents

Abstract

Вычислительное устройство для обработки данных, характеризующееся тем, что оно содержит N унифицированных электронных модулей (УЭМ) 1-1...1-3, где N=1-3, взаимосвязанных с общей системной шиной 2 и каналами 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, причем каждый из N УЭМ выполнен в виде одного из трех типов модулей 1-1...1-3, при этом первый тип модуля УЭМ 1-1 содержит унифицированный субмодуль приема-передачи данных (УПП) 5-1, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 6-1, блок 7-1 памяти, коммутатор 8 и преобразователь 9 сигналов, причем первый и второй входы-выходы УПП 5-1 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход УПП 5-1 подключен к первому входу-выходу ПЛИС 6-1, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу блока 7-1 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-1 подключен к первому входу-выходу коммутатора 8, второй вход-выход которого через преобразователь 9 сигналов подключен к общей системной шине 2, второй тип модуля - УЭМ 1-2, содержит, помимо вышеописанного состава первого типа модуля - УЭМ 1-1, дополнительно введенные вторые УПП 5-2, ПЛИС 6-2 и блок 7-2 памяти, причем первый и второй входы-выходы второго УПП 5-2 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход второго УПП 5-2 подключен к первому входу-выходу второго ПЛИС 6-2, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу второго блока 7-2 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-2 подключен к третьему входу-выходу коммутатора 8, первый выход первой ПЛИС 6-1 подключен к первому входу второй ПЛИС 6-2, первый выход которой подключен к первому входу первой ПЛИС 6-1, а третий тип модуля - УЭМ 1-3, с�

Description

Полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности к вычислительным устройствам для обработки данных в области цифровой локации в реальном масштабе времени.

Известно вычислительное устройство для обработки данных - цифровой вычислительный комплекс (ЦВК) для обработки сигналов в гидроакустических системах в реальном масштабе времени, имеющий модульную реконфигурируемую архитектуру и содержащий группу индивидуальных процессоров, объединенных одной высокоскоростной шиной, схему управления и общую память, причем индивидуальные процессоры выполнены на базе двухпортовых сигнальных микропроцессоров, а также содержит несколько групп индивидуальных процессоров, объединенных в один или несколько модулей программируемых процессоров сигналов (ППС), к входам модулей ППС, являющихся входами ЦВК, и между модулями ППС включены радиальные каналы передачи обрабатываемых сигналов, в ЦВК введены две сети Ethernet, при этом модули ППС объединены с модулями ЭВМ одной, а модули ЭВМ объединены с модулями пультов другой сетью Ethernet, кроме того, введены две магистральные шины последовательного интерфейса типа Манчестер-2 для обмена данными и управляющими воздействиями с внешними системами, причем все модули ППС объединены с одной, а модули ЭВМ и модули пультов - с другой магистральной шиной интерфейса Манчестер-2 (см. патент РФ 2207620 по кл. G06F 15/16 от 11.03.2001).

Однако, известное вычислительное устройство обладает относительно низкой производительностью (не более 100 Gflops) и сложностью, так как микропроцессоры имеют ограниченные функциональные возможности и требуют множество дополнительных внешних программируемых коммутаторов, как между индивидуальными микропроцессорами, так и между их группами, что ограничивает вычислительную производительность при обработке больших потоков данных и/или параллельном решении нескольких задач.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству является вычислительное устройство для обработки данных содержащее N унифицированных электронных модулей (УЭМ), где N=1-3, взаимосвязанных с общей системной шиной и каналами управления, ввода-вывода и обмена данными, причем каждый из N УЭМ выполнен в виде одного из трех типов модулей, при этом первый тип модуля УЭМ содержит унифицированный субмодуль приема-передачи данных - (УПП), программируемую логическую интегральную схему - (ПЛИС), блок памяти, коммутатор и преобразователь сигналов, второй тип модуля - УЭМ, содержит помимо вышеописанного состава первого типа модуля - УЭМ, дополнительно введенные вторые УПП, ПЛИС и блок памяти, а третий тип модуля - УЭМ, содержит помимо вышеописанного состава второго типа модуля - УЭМ, дополнительно введенные третьи УПП, ПЛИС и блок памяти (см. заявка РФ на ПМ №2013128731/08(042825) от 25.06.2013 по которой 20.08.2013 принято решение о выдаче патента на полезную модель).

Однако, известное вычислительное устройство имеет относительно невысокую производительность, т.к. для обеспечения работоспособности требуются дополнительные внешние устройства.

Техническим результатом является повышение производительности вычислительного устройства.

Достигается это тем, что вычислительное устройство для обработки данных, содержит N унифицированных электронных модулей (УЭМ) 1-1…1-3, где N=1-3, взаимосвязанных с общей системной шиной 2 и каналами 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, причем каждый из N УЭМ выполнен в виде одного из трех типов модулей 1-1…1-3, при этом первый тип модуля УЭМ 1-1 содержит унифицированный субмодуль приема-передачи данных - (УПП) 5-1, программируемую логическую интегральную схему - (ПЛИС) 6-1, блок 7-1 памяти, коммутатор 8 и преобразователь 9 сигналов, причем первый и второй входы-выходы УПП 5-1 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход УПП 5-1 подключен к первому входу-выходу ПЛИС 6-1, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу блока 7-1 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-1 подключен к первому входу-выходу коммутатора 8, второй вход-выход которого через преобразователь 9 сигналов подключен к общей системной шине 2, второй тип модуля - УЭМ 1-2, содержит помимо вышеописанного состава первого типа модуля - УЭМ 1-1, дополнительно введенные вторые УПП 5-2, ПЛИС 6-2 и блок 7-2 памяти, причем первый и второй входы-выходы второго УПП 5-2 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход второго УПП 5-2 подключен к первому входу-выходу второго ПЛИС 6-2, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу второго блока 7-2 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-2 подключен к третьему входу-выходу коммутатора 8, первый выход первой ПЛИС 6-1 подключен к первому входу второй ПЛИС 6-2, первый выход которой подключен к первому входу первой ПЛИС 6-1, а третий тип модуля - УЭМ 1-3, содержит помимо вышеописанного состава второго типа модуля - УЭМ 1-2, дополнительно введенные ПЛИС 6-3, блок 7-3 памяти и унифицированный субмодуль управления - (УСМУ) 10, состоящий из процессора 11, блока 12 памяти процессора и блока 13 сопряжения с внешними устройствами, причем первый вход-выход процессора 11 является первым входом-выходом УСМУ 10 и подключен к первому входу-выходу третьей ПЛИС 6-3, второй вход-выход ПЛИС 6-3 подключен к входу-выходу третьего блока 7-3 памяти, третий вход-выход третьей ПЛИС 6-3 подключен к четвертому входу-выходу коммутатора 8, второй выход второй ПЛИС 6-2 подключен к первому входу третьей ПЛИС 6-3, ко второму входу которой подключен второй выход первой ПЛИС 6-1, первый выход третьей ПЛИС 6-3 подключен ко второму входу второй ПЛИС 6-2, а второй выход третьей ПЛИС 6-3 подключен ко второму входу первой ПЛИС 6-1, второй вход-выход процессора 11 подключен к входу-выходу блока 12 памяти процессора, третий вход-выход процессора 11 подключен к первому входу-выходу блока 13 сопряжения с внешними устройствами, второй вход-выход которого, являющийся вторым входом-выходом УСМУ 10, подключен через каналы 14 связи к высокоскоростной сети GEthernet и внешним устройствам управления и ввода-вывода.

Сущность технического решения заключается в том, что выполнение вычислительного устройства вышеописанным образом позволяет достигнуть поставленный технический результат.

На Фиг. 1, Фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Вычислительное устройство для обработки данных содержит N унифицированных электронных модулей (УЭМ) 1-1, 1-2, 1-3, где N=1-3, взаимосвязанных с общей системной шиной 2 и каналами 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, причем каждый из N УЭМ выполнен в виде одного из трех типов модулей 1-1, 1-2, 1-3, различная комбинация которых в любом сочетании и в любом количестве, позволяет потребителю организовать необходимый вычислительный процесс и построить эффективные системы для решения конкретных прикладных задач.

При этом первый тип модуля УЭМ 1-1 содержит унифицированный субмодуль приема-передачи данных - (УПП) 5-1, программируемую логическую интегральную схему - (ПЛИС) 6-1, блок 7-1 памяти, коммутатор 8 и преобразователь 9 сигналов, причем первый и второй входы-выходы УПП 5-1 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход УПП 5-1 подключен к первому входу-выходу ПЛИС 6-1, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу блока 7-1 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-1 подключен к первому входу-выходу коммутатора 8, второй вход-выход которого через преобразователь 9 сигналов подключен к общей системной шине 2.

Второй тип модуля - УЭМ 1-2, содержит помимо вышеописанного состава первого типа модуля - УЭМ 1-1, дополнительно введенные вторые УПП 5-2, ПЛИС 6-2 и блок 7-2 памяти, причем первый и второй входы-выходы второго УПП 5-2 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход второго УПП 5-2 подключен к первому входу-выходу второго ПЛИС 6-2, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу второго блока 7-2 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-2 подключен к третьему входу-выходу коммутатора 8, первый выход первой ПЛИС 6-1 подключен к первому входу второй ПЛИС 6-2, а первый выход которой подключен к первому входу первой ПЛИС 6-1.

Третий тип модуля - УЭМ 1-3, содержит помимо вышеописанного состава второго типа модуля - УЭМ 1-2, дополнительно введенные ПЛИС 6-3, блок 7-3 памяти и унифицированный субмодуль управления - (УСМУ) 10,состоящий из процессора 11, блока 12 памяти процессора и блока 13 сопряжения с внешними устройствами.

Причем первый вход-выход процессора 11 является первым входом-выходом УСМУ 10 и подключен к первому входу-выходу третьей ПЛИС 6-3, второй вход-выход ПЛИС 6-3 подключен к входу-выходу третьего блока 7-3 памяти, третий вход-выход третьей ПЛИС 6-3 подключен к четвертому входу-выходу коммутатора 8, второй выход второй ПЛИС 6-2 подключен к первому входу третьей ПЛИС 6-3, ко второму входу которой подключен второй выход первой ПЛИС 6-1, первый выход третьей ПЛИС 6-3 подключен ко второму входу второй ПЛИС 6-2, а второй выход третьей ПЛИС 6-3 подключен ко второму входу первой ПЛИС 6-1, второй вход-выход процессора 11 подключен к входу-выходу блока 12 памяти процессора, третий вход-выход процессора 11 подключен к первому входу-выходу блока 13 сопряжения с внешними устройствами, второй вход-выход которого, являющийся вторым входом-выходом УСМУ 10, подключен через каналы 14 связи к высокоскоростной сети GEthernet и внешним устройствам управления и ввода-вывода.

Применение УСМУ 10 позволяет упростить управление вычислительным устройством в целом и управление вычислительным процессом в частности, в том числе с использованием функции "удаленного доступа", без использования каких-либо дополнительных внешних устройств управления и ввода-вывода, например, HOST-компьютера, что придает вычислительному устройству для обработки данных полную автономность.

УСМУ 10 устанавливается в любой из трех типов УЭМ и подключается к любой соответствующей ПЛИС УЭМ по желанию потребителя, при этом выбранная ПЛИС конфигурируется программой взаимодействия с УСМУ 10, что позволяет потребителю организовать необходимый вычислительный процесс и построить эффективные системы для решения конкретных прикладных задач. УСМУ 10 устанавливается из расчета - один УСМУ на N УЭМ, где N=1-3.

УСМУ 10 обеспечивает передачу командных, тестовых и конфигурационных данных в ПЛИС 6-3, прием контрольной и диагностической информации из ПЛИС 6-3 и, при необходимости, выполняет отдельные вычисления в процессе обработки информационных потоков. УСМУ 10 связан с ПЛИС 6-3 по интерфейсу PCI Express х4.

В качестве управляющего элемента УСМУ 10 используется процессор TMS320DM8168 - высокопроизводительный двухъядерный DSP+ARM® процессор семейства DaVinci фирмы Texas Instruments, представляющий собой высокоинтегрированную систему со всеми необходимыми функциональными возможностями многоканальной HD-видеосистемы: захват, сжатие, отображение видео, с расширенным набором видеофункций и усовершенствованным набором функций обработки 2D и 3D графики.

В качестве операционной системы используется ОС Linux 2.6.37. Программное обеспечение УСМУ 10 построено на базе ОС Linux и содержит в себе набор стандартных драйверов для встроенных и периферийных устройств процессора TMS320DM8168.

Программное обеспечение УСМУ 10 находится на карте памяти MicroSD, которая входит в комплект поставки УСМУ и устанавливается в слот карты памяти MicroSD УСМУ.

Имеется возможность использовать УСМУ 10 в качестве автономного компьютера с возможностью вывода информации на HDMI монитор, подключения периферийных устройств USB, Flash накопителей MicroSD, обмена данными через каналы 14 связи с высокоскоростной сетью GEthernet и последовательными интерфейсами (с помощью встроенных контроллеров интерфейсов).

Claims (1)

1. Вычислительное устройство для обработки данных, характеризующееся тем, что оно содержит N унифицированных электронных модулей (УЭМ) 1-1...1-3, где N=1-3, взаимосвязанных с общей системной шиной 2 и каналами 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, причем каждый из N УЭМ выполнен в виде одного из трех типов модулей 1-1...1-3, при этом первый тип модуля УЭМ 1-1 содержит унифицированный субмодуль приема-передачи данных (УПП) 5-1, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 6-1, блок 7-1 памяти, коммутатор 8 и преобразователь 9 сигналов, причем первый и второй входы-выходы УПП 5-1 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход УПП 5-1 подключен к первому входу-выходу ПЛИС 6-1, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу блока 7-1 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-1 подключен к первому входу-выходу коммутатора 8, второй вход-выход которого через преобразователь 9 сигналов подключен к общей системной шине 2, второй тип модуля - УЭМ 1-2, содержит, помимо вышеописанного состава первого типа модуля - УЭМ 1-1, дополнительно введенные вторые УПП 5-2, ПЛИС 6-2 и блок 7-2 памяти, причем первый и второй входы-выходы второго УПП 5-2 подключены к соответствующим каналам 3, 4 управления, ввода-вывода и обмена данными, третий вход-выход второго УПП 5-2 подключен к первому входу-выходу второго ПЛИС 6-2, второй вход-выход которой подключен к входу-выходу второго блока 7-2 памяти, третий вход-выход ПЛИС 6-2 подключен к третьему входу-выходу коммутатора 8, первый выход первой ПЛИС 6-1 подключен к первому входу второй ПЛИС 6-2, первый выход которой подключен к первому входу первой ПЛИС 6-1, а третий тип модуля - УЭМ 1-3, содержит, помимо вышеописанного состава второго типа модуля - УЭМ 1-2, дополнительно введенные ПЛИС 6-3, блок 7-3 памяти и унифицированный субмодуль управления (УСМУ) 10, состоящий из процессора 11, блока 12 памяти процессора и блока 13 сопряжения с внешними устройствами, причем первый вход-выход процессора 11 является первым входом-выходом УСМУ 10 и подключен к первому входу-выходу третьей ПЛИС 6-3, второй вход-выход ПЛИС 6-3 подключен к входу-выходу третьего блока 7-3 памяти, третий вход-выход третьей ПЛИС 6-3 подключен к четвертому входу-выходу коммутатора 8, второй выход второй ПЛИС 6-2 подключен к первому входу третьей ПЛИС 6-3, ко второму входу которой подключен второй выход первой ПЛИС 6-1, первый выход третьей ПЛИС 6-3 подключен ко второму входу второй ПЛИС 6-2, а второй выход третьей ПЛИС 6-3 подключен ко второму входу первой ПЛИС 6-1, второй вход-выход процессора 11 подключен к входу-выходу блока 12 памяти процессора, третий вход-выход процессора 11 подключен к первому входу-выходу блока 13 сопряжения с внешними устройствами, второй вход-выход которого, являющийся вторым входом-выходом УСМУ 10, подключен через каналы 14 связи к высокоскоростной сети GEthernet и внешним устройствам управления и ввода-вывода.

   

Images