面向信号处理的一体化异构计算节点框架设计.pdf

摘要

在当下的计算场景中，由于数据量的急剧增长，分配与调度中心对于计算能

力的需求也日渐增大。在一些通用的计算场景，例如云计算、深度学习等业务的

场景下的计算需求已经超出单一通用处理器的承受能力，因此在现有的场景下使

用异构计算已经成为趋势。其中在卫星通信的应用场景下，对于计算的实时性和

可靠性提出了更高的要求，因此针对异构计算中提出了一体化和边缘计算的方案

来解决此类问题。而在进行一体化的结构设计中存在着不同的需求和问题，因此

需要针对这些问题设计专门的框架进行应对。本文旨在通过设计满足一体化的边

缘计算节点和异构计算框架，满足通信信号处理和实时控制信号处理的要求。本

文的贡献主要包含以下几个方面：

第一，完成了异构计算平台框架的搭建，包括在分配与调度中心部分引入处理

器板卡等基础运行环境、在异构计算节点框架的ARM部分进行Linux系统移植，

以及进行FPGA部分资源选取与整合设计。

第二，完成了一体化的数据交互部分。根据不同场景下设计的不同框架，采用

统一的Redis数据库进行分配与调度中心和计算节点之间的数据交互，应用于不同

的计算框架中。此外根据不同的计算框架，对分配与调度中心和计算节点的相应

部分进行了虚拟化处理，由分配与调度中心统一进行控制。

第三，提出了使用SSD对卫星通信场景中的通信数据进行高可靠性保存的方

案。并且基于该场景提出了使用LDPC编码作为读取过程中的纠错码，最后根据

此方案进行了异构计算节点框架框架的搭建与设计，并验证了其可行性与工作性

能。

第四，分析了卫星节点的控制问题，针对其中的实时控制信号处理提出了一套

异构计算基础下的控制方案。并针对这套方案在异构计算平台基础上进行了相应

的节点框架设计和组件开发，之后设计具体的物理测试方案来验证其可行性。

本文完成了针对卫星通信场景下的不同信号处理的异构计算框架设计，并对不

同的框架设计分别进行了实现和验证，确认其完成基本功能的前提下使其符合一

体化要求下的边缘计算架构，以尽可能保证用户控制与数据处理的实时性。具有

一定的工程意义。

关键词：异构计算，信号处理，计算框架，一体化，边缘计算

ABSTRACT

Inthecurrentcomputingscenario,duetothesharpincreaseintheamountofdata,

thedemandforcomputingpowerintheprocessingcenterisalsoincreasing.Insome

generalcomputingscenarios,suchascloudcomputing,deeplearningandotherbusiness

scenarios,thecomputingrequirementshaveexceededtheaffordabilityofasingle

general-purposeprocessor,soithasbecomeatrendtouseheterogeneouscomputingin

existingscenarios.Amongthem,intheapplicationscenarioofsatellitecommunication,

higherrequirementsareputforwardforthereal-timeperformanceandreliabilityof

computing.Therefore,integratedinfrastructureandedgecomputingsolutionsare

proposedforheterogeneouscomputingtosolvesuchproblems.However,thereare

differentneedsandproblemsintheintegratedinfrastructuredesign,soit