基于FPGA的嵌入式多核物聯(lián)網(wǎng)數據中心控制器設計

摘要：物聯(lián)網(wǎng)的出現帶來(lái)了科技的飛躍，也伴隨著(zhù)信息處理智能化的挑戰。因此面對采集的批量數據，高效處理數據成為一項意義重大的課題。本項目基于FPGA，為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )設計多核嵌入式處理器，提出最新的多核處理器調度方案。進(jìn)行大規模并發(fā)數據處理并且優(yōu)化調度算法，合理分配各個(gè)處理器的負載量。對于全局處理器的合理布局和總線(xiàn)的設計，提出合理方案。對于物聯(lián)網(wǎng)，我們采用合適的網(wǎng)絡(luò )拓撲和數據傳輸方式，最優(yōu)化傳輸路徑，減少網(wǎng)絡(luò )開(kāi)銷(xiāo)。此外我們采用數據融合與智能技術(shù)，對數據進(jìn)行預處理，加以控制地進(jìn)行數據的遠程傳輸，采用高性能多核處理器，進(jìn)行批量數據的分析和網(wǎng)絡(luò )狀況的終端顯示。

摘要（英文）：
The Internet of things brought a breakthrough in science and the challenge of processing information intelligently. Therefore, processing data efficiently becomes a significant subject when we face a large amount of collected data. This project is based on the technology of FPGA, aiming to design a multi-core CPU for wireless sensor networks and provide a new multi-core processor scheduling scheme to deal with large-scale concurrent data. Besides, we optimize the scheduling algorithm to assign a reasonable load for each processor. For the rational distribution of the global processers and the design of bus, we provide a reasonable solution. For the Internet of things, we create appropriate network topology and data transmission method, finding optimal transmission path to reduce network expenses. In addition, we use data fusion and intelligent techniques to preprocess data, in this way, we control the remote transmission of data, and we adopt high-performance multi-core processors to analyze data block and display the state of net on display terminal.

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 數據中心 多核控制器 多核 FPGA

關(guān)鍵詞（英文）：Internet of Things; Data Center; Multi-core Controller; FPGA

應用領(lǐng)域：網(wǎng)絡(luò )與通信

二、系統原理和技術(shù)特點(diǎn)

（1）基于FPGA設計多核嵌入式處理器。處理器的性能決定數據處理的效率，基于FPGA設計多核嵌入式處理器，可以大大提高數據處理能力。此項目中需要注重處理器的選型，數量，拓撲結構等方面，用XUP Virtex-II Pro 和P V5-LX110T 這兩種開(kāi)發(fā)板，建2個(gè)硬核，6個(gè)軟核，將硬核做為任務(wù)調度的中樞，以軟核做為執行單元，來(lái)實(shí)現要求。

（2）解決物聯(lián)網(wǎng)數據中心處理。物聯(lián)網(wǎng)數據中心處理是問(wèn)題的關(guān)鍵，此項目中用傳感器與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現對物體的智能化監控和管理。設計多核處理器集中處理采集到的數據，并實(shí)現在顯示屏上顯示數據的功能。

（3）設計高效的多核處理器的調度方案。多核處理器的協(xié)調工作，需要一個(gè)調度方案，優(yōu)秀的調度方案可以提高處理器的效率和資源利用率。此項目中，注重調度算法的優(yōu)化，會(huì )基于FIFO，輪轉法調度，以及實(shí)際情況下優(yōu)先級的變化來(lái)綜合考慮，以實(shí)現盡可能好的調度。

（4）采用數據融合與智能技術(shù)進(jìn)行處理采集到的數據。由于物聯(lián)網(wǎng)應用是由大量傳感器節點(diǎn)構成的，在信息感知的過(guò)程中，采用各個(gè)節點(diǎn)單獨傳輸數據到匯聚節點(diǎn)的方法是不可行的，在自組網(wǎng)的情況下，使用合適的網(wǎng)絡(luò )拓撲，采用數據融合與智能技術(shù)進(jìn)行處理采集到的數據。以保證數據的采集效率和及時(shí)性。

三、核心技術(shù)
（1）多核平臺的建立,及多核調度算法的設計與優(yōu)化。

（2）將數據處理控制過(guò)程進(jìn)行分配，用多核分步進(jìn)行調度，及每一輪過(guò)程中給各處理機分配合適的負載量。

（3）物聯(lián)網(wǎng)中的大批量數據的高速融合與智能技術(shù)處理技術(shù)。

（4）合適的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構和孤兒節點(diǎn)處理方法，新節點(diǎn)加入后網(wǎng)絡(luò )拓撲的改變和數據傳遞方式。

（5）基于多核技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)中數據的高速搜索算法研究與實(shí)現。

四、系統框圖
1.系統整體功能圖

1.CPU功能圖

1.總線(xiàn)結構圖