一种基于异构多核处理器的显示控制计算机

施辰光 吕浩 郭京

摘要：飞行显示控制计算机是飞行员高效、直观地获取必要信息或发送控制命令的操作平台[1]。显示控制计算机将输入的各类视频流按照飞行员的需求，投射到飞机的各个显示器上。随着集成电路技术的快速发展，人们对显示控制计算机的小型化、高性能、低功耗的要求越来越高。本文分析了显示控制计算机的需求，提出了一种基于异构多核处理器的小型化显示控制计算机的设计方法，文章详细介绍该系统设计。通过试验验证，该系统稳定可靠，满足使用需求。

关键词：异构多核处理器;显示控制计算机;AM5728

引言

飞行显示控制计算机是航电系统的重要子系统，负责综合航电系统的集中显示和集中管理。采集来自飞行员的控制命令，与飞行参数信息进行数据进行综合处理后，以图像形式加以显示。因此，可以有效地减轻飞行员的工作量，使飞行员能够高效地获取必要的信息[2]。但受限于到系统的重量、体积、成本限制，系统性能提升有限，不能满足当今需求。本系统采用异构多核处理器，可在减少计算机的重量、体积、成本的同时大大提高计算机性能。

1 传统显示控制计算机系统模型

显示控制计算机必须将指令处理器、图形图像处理器、RS422/RS429总线、实时操作系统集成到一个高性能的计算平台中，以提供强大的计算能力，包括视频信号、数据处理、通信总线和接口处理，以实现输入信号处理、视频生成、外部总线通讯、故障检测等功能[3]。

显示控制计算机由图形控制模块和接口模块组成;其中图形控制模块由M9显卡模块和CPU模块组成。传统显示控制计算机系统结构图如下图所示。

传统显示控制计算机其需求如下：

1）2路429输入

2）8路离散量输入/输出

3）2路視频输入/1路视频选择输出

4）4路串口输入

5）网络接口

6）1路视频生成输出

2 基于AM5728的显示控制计算机设计

2.1 AM5728系统架构

AM5728为Ti公司面向音视频处理及移动计算开发的OMAP系列芯片，为异构多核结构，具有MPU+DSP+GPU+IPU。其中，MPU为双核ARM A15，一般用于处理指令信息，主频最高为1 G;IPU包括2个M4双核，其中一个装有图像编解码固件;GPU为双SGX544 3D，具有出色的图像处理显示能力[4]。

此外，AM5728还具有众多外部接口，包括IVA-HD系统、显示系统、3个视频输入接口、2个千兆网接口、10个UART接口、8个音频串行接口、247个GPIO接口等，完全可以满足传统显示控制计算机的需求。

2.2 基于AM5728的显示控制计算机设计

如图1所示，处理器电路以TI公司的AM5728为核心。AM5728中各核心和各功能单元均可通过软件配置为休眠模式，且各核心各功能模块均采用单独供电，可以根据使用环境对部分核心或功能模块进行断电，以达到降低功耗的目的。本设计需要用到AM5728的各个单元，不进行休眠。

接口方面，可将两路外部输入的视频放在AM5728的视频输入通道1和视频输入信道2上，两路视频输入到IPU中，M4协处理器对其进行通路选择，并进行输出。AM5728的GPU具有出色的图像处理显示功能，可完全替代M9显卡，进行数字地图的绘制及视频叠加输出。AM5728具有众多UART和GPIO接口，的外部接口均为多种定义可复用，可满足本设计的要求。

3 结束语

本文对传统显示控制计算机系统架构进行介绍，提出了基于AM5728的异构多核显示控制计算机设计方案，对方案的核心技术进行了详细描述。该方案在降低计算机的体积、重量、成本的同时，大大提升了系统的计算性能，是日后显示控制计算机的发展方向。

参考文献

[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.多核处理器发展趋势及关键技术[J]. 计算机工程与设计，2018（2）：391-467.

[3] 姜玲玲，赵博龙.飞行显示器数据处理单元设计与实现[J].电子技术应用，2014，40（9）：30-33.

[4] 冯瑞青，张激，赵俊才.异构处理器多操作系统协同技术研究[J].计算机系统应用，2018 （12）：90–95.