基于FPGA的嵌入式多核物聯網數據中心控制器設計

摘要：物聯網的出現帶來了科技的飛躍，也伴隨著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，為無線傳感網絡設計多核嵌入式處理器，提出最新的多核處理器調度方案。進行大規模并發數據處理并且優化調度算法，合理分配各個處理器的負載量。對于全局處理器的合理布局和總線的設計，提出合理方案。對于物聯網，我們采用合適的網絡拓撲和數據傳輸方式，最優化傳輸路徑，減少網絡開銷。此外我們采用數據融合與智能技術，對數據進行預處理，加以控制地進行數據的遠程傳輸，采用高性能多核處理器，進行批量數據的分析和網絡狀況的終端顯示。

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.

關鍵詞：物聯網 數據中心 多核控制器 多核 FPGA

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

應用領域：網絡與通信

二、系統原理和技術特點

（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 這兩種開發板，建2個硬核，6個軟核，將硬核做為任務調度的中樞，以軟核做為執行單元，來實現要求。

（2）解決物聯網數據中心處理。物聯網數據中心處理是問題的關鍵，此項目中用傳感器與互聯網連接，進行信息交換和通信，以實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。多核處理器的協調工作，需要一個調度方案，優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，注重調度算法的優化，會基于FIFO，輪轉法調度，以及實際情況下優先級的變化來綜合考慮，以實現盡可能好的調度。

（4）采用數據融合與智能技術進行處理采集到的數據。由于物聯網應用是由大量傳感器節點構成的，在信息感知的過程中，采用各個節點單獨傳輸數據到匯聚節點的方法是不可行的，在自組網的情況下，使用合適的網絡拓撲，采用數據融合與智能技術進行處理采集到的數據。以保證數據的采集效率和及時性。

三、核心技術
（1）多核平臺的建立,及多核調度算法的設計與優化。

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

（3）物聯網中的大批量數據的高速融合與智能技術處理技術。

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

（5）基于多核技術的物聯網中數據的高速搜索算法研究與實現。

四、系統框圖
1.系統整體功能圖

1.CPU功能圖

1.總線結構圖