一種基于異構多核處理器的顯示控制計算機

施辰光 呂浩 郭京

摘要：飛行顯示控制計算機是飛行員高效、直觀地獲取必要信息或發送控制命令的操作平臺[1]。顯示控制計算機將輸入的各類視頻流按照飛行員的需求，投射到飛機的各個顯示器上。隨著集成電路技術的快速發展，人們對顯示控制計算機的小型化、高性能、低功耗的要求越來越高。本文分析了顯示控制計算機的需求，提出了一種基于異構多核處理器的小型化顯示控制計算機的設計方法，文章詳細介紹該系統設計。通過試驗驗證，該系統穩定可靠，滿足使用需求。

關鍵詞：異構多核處理器;顯示控制計算機;AM5728

引言

飛行顯示控制計算機是航電系統的重要子系統，負責綜合航電系統的集中顯示和集中管理。采集來自飛行員的控制命令，與飛行參數信息進行數據進行綜合處理后，以圖像形式加以顯示。因此，可以有效地減輕飛行員的工作量，使飛行員能夠高效地獲取必要的信息[2]。但受限于到系統的重量、體積、成本限制，系統性能提升有限，不能滿足當今需求。本系統采用異構多核處理器，可在減少計算機的重量、體積、成本的同時大大提高計算機性能。

1 傳統顯示控制計算機系統模型

顯示控制計算機必須將指令處理器、圖形圖像處理器、RS422/RS429總線、實時操作系統集成到一個高性能的計算平臺中，以提供強大的計算能力，包括視頻信號、數據處理、通信總線和接口處理，以實現輸入信號處理、視頻生成、外部總線通訊、故障檢測等功能[3]。

顯示控制計算機由圖形控制模塊和接口模塊組成;其中圖形控制模塊由M9顯卡模塊和CPU模塊組成。傳統顯示控制計算機系統結構圖如下圖所示。

傳統顯示控制計算機其需求如下：

1）2路429輸入

2）8路離散量輸入/輸出

3）2路視頻輸入/1路視頻選擇輸出

4）4路串口輸入

5）網絡接口

6）1路視頻生成輸出

2 基于AM5728的顯示控制計算機設計

2.1 AM5728系統架構

AM5728為Ti公司面向音視頻處理及移動計算開發的OMAP系列芯片，為異構多核結構，具有MPU+DSP+GPU+IPU。其中，MPU為雙核ARM A15，一般用于處理指令信息，主頻最高為1 G;IPU包括2個M4雙核，其中一個裝有圖像編解碼固件;GPU為雙SGX544 3D，具有出色的圖像處理顯示能力[4]。

此外，AM5728還具有眾多外部接口，包括IVA-HD系統、顯示系統、3個視頻輸入接口、2個千兆網接口、10個UART接口、8個音頻串行接口、247個GPIO接口等，完全可以滿足傳統顯示控制計算機的需求。

2.2 基于AM5728的顯示控制計算機設計

如圖1所示，處理器電路以TI公司的AM5728為核心。AM5728中各核心和各功能單元均可通過軟件配置為休眠模式，且各核心各功能模塊均采用單獨供電，可以根據使用環境對部分核心或功能模塊進行斷電，以達到降低功耗的目的。本設計需要用到AM5728的各個單元，不進行休眠。

接口方面，可將兩路外部輸入的視頻放在AM5728的視頻輸入通道1和視頻輸入信道2上，兩路視頻輸入到IPU中，M4協處理器對其進行通路選擇，并進行輸出。AM5728的GPU具有出色的圖像處理顯示功能，可完全替代M9顯卡，進行數字地圖的繪制及視頻疊加輸出。AM5728具有眾多UART和GPIO接口，的外部接口均為多種定義可復用，可滿足本設計的要求。

3 結束語

本文對傳統顯示控制計算機系統架構進行介紹，提出了基于AM5728的異構多核顯示控制計算機設計方案，對方案的核心技術進行了詳細描述。該方案在降低計算機的體積、重量、成本的同時，大大提升了系統的計算性能，是日后顯示控制計算機的發展方向。

參考文獻

[1]Tran AT. On-chip network designs for many-core computational platforms[D]. Sacramento： Universitu of California，2012：1-4.

[2] 周楠，胡娟，胡海明.多核處理器發展趨勢及關鍵技術[J]. 計算機工程與設計，2018（2）：391-467.

[3] 姜玲玲，趙博龍.飛行顯示器數據處理單元設計與實現[J].電子技術應用，2014，40（9）：30-33.

[4] 馮瑞青，張激，趙俊才.異構處理器多操作系統協同技術研究[J].計算機系統應用，2018 （12）：90–95.