一種自適應光學處理平臺的製作方法
2023-06-07 02:40:46
一種自適應光學處理平臺的製作方法
【專利摘要】一種自適應光學處理平臺，由機下模塊通過機外數據傳輸總線與機上通訊，通過機上接收模塊接收機外數據傳輸總線傳輸來的機下數據，然後把該數據直接通過機內通訊總線傳輸給主處理模塊，主處理模塊對數據進行處理後，可以通過機內通訊總線把數據傳輸到數據存儲模塊進行存儲，也可以通過內存由主控制模塊進行調用。另外需要控制的外部設備，其命令參數由主控計算機通過機外數據傳輸總線，傳輸相應機下模塊，控制結果由機下模塊通過機外數據傳輸總線上傳給主控制模塊。本發明解決了現有自適應光學系統波前校正處理中系統結構龐大，智能化低，不易更新升級等問題，尤其可應用於多雷射導星、多哈德曼波前探測器和多變形鏡下的自適應光學系統中。
【專利說明】一種自適應光學處理平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及自適應光學【技術領域】，特別是涉及自適應的實時數據處理與控制的一種自適應光學處理平臺。
【背景技術】
[0002]目前自適應光學處理系統有以FPGA+DSP為主的微處理器平臺和依靠計算機CPU處理的計算機平臺。文獻《SPARTA, the ESO Standard Platform for Adaptive opticsReal Time》揭示了一種以FPGA+DSP為處理核心的通過VXP連接的處理平臺；文獻《An FPGABased Computing Platform for Adaptive Optics》揭不了一種以 FPGA 為主的處理平臺；以上二種處理平臺優點在於處理數據能力強，但由於涉及大量的電子設計和系統協同工作問題，不易升級，不易維護，程序固化，對某些隨機情況很難做出快速反應。文獻《Durhamadaptive optics real-time controller》揭示了一種以商業計算機為基礎，通過軟體編程實現自適應光學數據實時處理的一種處理平臺，其優點在於容易升級維護，對某些隨機情況可人為調整程序，但由於軟體平臺所限，處理數據能力有限，如需更大規模數據處理，必須另添加計算機，人機操作與計算機之間的協同操作性差。文獻《Durham adaptive opticsreal-time controller》和文獻《基於GPU計算的自適應光學變形鏡的閉環控制方法》,揭示了 GPU或者FPGA作為協處理器參與數據處理的方法，但其主要運算過程仍然在計算機中，並且無完整的總線和系統構架。文獻:《一種適用於多傳感器自適應光學系統的信號處理平臺》，揭示了一種可用於自適應系統的信號處理平臺，但其核心處理仍然為FPGA+DSP結構，本發明與上述文獻在其原理以及系統構架上有根本不同。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題是，提供一種解決現有自適應光學系統波前校正處理中系統結構龐大，智能化低，不易更新升級等問題的自適應光學處理平臺。
[0004]採用的技術方案是:
一種自適應光學處理平臺，包括機下模塊、機上收發模塊、機上處理模塊、數據存儲模塊、主控制模塊、機內通訊總線、機外數據傳輸總線、機外10G乙太網通訊總線。所述的機下模塊、機內通訊總線和主控制模塊為處理平臺的核心，數據計算主要工作由機上處理模塊完成，機上處理模塊由一個或若干個GPU圖形處理器組成，並連結機內通訊總線，主控制模塊由計算機組成，主要完成控制任務。輸入處理平臺的圖像數據由機下模塊採集並統一為標準協議，通過機外數據傳輸總線傳輸給機上收發模塊；輸出處理平臺的命令、參數數據由主控制模塊產生並統一為標準協議，通過機上收發模塊發送給機下模塊。數據存儲模塊可以對機內通訊總線上的數據進行存儲，此存儲的數據可以是機上收發模塊所接到的數據，也可以是機上收發模塊處理過的數據，對存儲數據的選擇由主控制模塊決定。
[0005]上述的機下模塊分為三類，第一類機下模塊連接沙克-哈德曼波前探測器，其主要數據是圖像數據；第二類機下模塊功能為控制雷射導星，其主要數據是機上傳送過來的命令和參數；第三類機下模塊功能為控制DM變形鏡，其主要數據是機上傳送過來的命令和DM形變量。三類模塊對機上的通訊協議相同，都由機外數據傳輸總線實現數據與機上收發模塊的相互交換。
[0006]上述的機上收發模塊是機內通訊總線、機外數據傳輸總線、機外1G乙太網通訊總線三條總線的集合點，其硬體設計由高性能FPGA完成，通過PCIEx插槽固定在計算機內部。
[0007]上述的機上處理模塊是由一塊或幾塊商用GPU構成，通過PCIEx插槽固定在計算機內部，支持點對點數據傳輸。
[0008]上述的數據存儲模塊是由一塊或幾塊商用高速固態硬碟組成，通過PCIEx插槽固定在計算機內部，支持點對點數據傳輸。
[0009]上述的機內通訊總線是支持點對點數據傳輸，即連接在機內通訊總線上的各個單元模塊，可以直接傳輸數據而不是通過計算機內存傳輸。
[0010]上述的主控制模塊核心為計算機CPU，4核、8核或更多，由實際運算量決定。
[0011]上述的機外數據傳輸總線為光纖傳輸,其協議為自定義協議，連接機下模塊；機外1G乙太網通訊總線為網線傳輸，其協議遵守網絡UDP協議，連接系統外部設備。
[0012]本發明的優勢:
1、本發明提出並定義進出系統的數據總線硬體組成及協議；定義系統內部的數據總線硬體組成及協議，使之在保證實時處理前提下規範數據流格式，使升級拓展成為可能。
[0013]2、定義數據處理單元所用硬體組成及數據連接方式，定義主控單元所用硬體組成及承擔的部分計算和調配任務範圍。用GPU代替軟體計算機編程或硬體FPGA+DSP結構，規範了數據處理形式，在保證實時處理的前提下，脫離了硬體束縛，使之隨GPU的更新換代而提高整個系統的性能。
[0014]3、定義三類機下單元的硬體組成。規範進入系統的數據格式，便於建立一套可以應用多雷射導星、多哈德曼波前探測器和多變形鏡的自適應光學信號處理平臺。
[0015]4、本發明以總線結構為基礎，完成各個外設的數據連接，支持某一對外設點對點的數據傳輸，從而保證了數據處理的實時性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是系統組成示意圖。
【具體實施方式】
[0017]一種自適應光學處理平臺，包括機下模塊4、機上收發模塊5、機上處理模塊8、數據存儲模塊7、主控制模塊6、機內通訊總線9、機外數據傳輸總線12、機外1G乙太網通訊總線10。所述機下模塊為三類，包括處理沙克-哈德曼波前傳感數據類1，其主要數據是圖像數據；處理雷射導星控制類2，其主要數據是機上傳送過來的命令和參數；處理DM變形鏡控制類3，其主要數據是機上傳送過來的命令和DM形變量。三類模塊與機上的進出通訊方式為自定義字頭的高速光纖；本處理系統與外部其他系統11的通訊進出方式為1G乙太網(協議為Μ)Ρ或者TCP/IP)，機上內部的數據總線為PCIEx，機上的單元模塊全部與PCIEx總線連接，這些單元模塊包括:由FPGA為核心負責與機下或外部系統通訊的機上收發模塊5 ;由一塊或幾塊GPU板卡組成的機上處理模塊8負責大部分數據運算，另一小部分與控制有關的運算由主控制模塊6完成；由一塊或幾塊高速固態硬碟組成數據存儲模塊7，完成對數據的存儲工作。主控制模塊6主要由高性能計算機4核CPU構成，主要負責人機界面、系統參數與控制量的實時修改、數據流的調配、監測系統運行等功能，並參與一部分與控制有關的數據處理。所述機各模塊之間通過機內通訊總線9支持不通過計算機的點對點的高速傳輸，節約系統時間開銷保證數據處理的實時性。所述機上處理模塊、數據存儲模塊和主控模塊為可購買的商用產品，所述機上內部的通訊總線為標準PCIEx協議，所述機外1G乙太網通訊總線為標準10GUDP或10GTCP/IP協議。所述商用產品和標準協議，可隨其產品更新換代本系統可隨之提聞系統性能。
【權利要求】
1.一種自適應光學處理平臺，包括機下模塊、機上收發模塊、機上處理模塊、數據存儲模塊、主控制模塊、機內通訊總線、機外數據傳輸總線、機外1G乙太網通訊總線，其特徵在於所述的機下模塊和主控制模塊為處理平臺的核心，數據計算主要工作由機上處理模塊完成，機上處理模塊由一個或若干個GPU圖形處理器組成，並連結機內通訊總線，主控制模塊由計算機組成，主要完成控制任務；輸入處理平臺的圖像數據由機下模塊採集並統一為標準協議，通過機外數據傳輸總線傳輸給機上收發模塊；輸出處理平臺的命令、參數數據由主控制模塊產生並統一為標準協議，通過機上收發模塊發送給機下模塊；數據存儲模塊可以對機內通訊總線上的數據進行存儲，此存儲的數據可以是機上收發模塊所接到的數據，也可以是機上收發模塊處理過的數據，對存儲數據的選擇由主控制模塊決定。
2.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的機下模塊分為三類，第一類機下模塊連接沙克-哈德曼波前探測器，其主要數據是圖像數據；第二類機下模塊功能為控制雷射導星，其主要數據是機上傳送過來的命令和參數；第三類機下模塊功能為控制DM變形鏡，其主要數據是機上傳送過來的命令和DM形變量，三類模塊對機上的通訊協議相同，都由機外數據傳輸總線實現數據與機上收發模塊的相互交換。
3.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的機上收發模塊是機內通訊總線、機外數據傳輸總線、機外1G乙太網通訊總線三條總線的集合點，其硬體設計由高性能FPGA完成，通過PCIEx插槽固定在計算機內部，支持點對點數據傳輸。
4.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的機上處理模塊是由一塊或幾塊商用GPU構成，通過PCIEx插槽固定在計算機內部，支持點對點數據傳輸。
5.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的數據存儲模塊是由一塊或幾塊商用高速固態硬碟組成，通過PCIEx插槽固定在計算機內部，支持點對點數據傳輸。
6.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的機內通訊總線是支持點對點數據傳輸，即連接在機內通訊總線上的各個單元模塊，可以直接傳輸數據而不是通過計算機內存傳輸。
7.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的主控制模塊核心為計算機CPU，4核、8核或更多，由實際運算量決定。
8.根據權利要求1所述的一種自適應光學處理平臺，其特徵在於所述的機外數據傳輸總線為光纖傳輸，其協議為自定義協議，連接機下模塊；機外1G乙太網通訊總線為網線傳輸，其協議遵守網絡UDP協議,連接系統外部設備。
【文檔編號】G06F13/38GK104298638SQ201410543823
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】張嶽, 岱欽 申請人:瀋陽理工大學