基于FPGA的嵌入式多核物联网数据中心控制器设计

摘要：物联网的出现带来了科技的飞跃，也伴随着信息处理智能化的挑战。因此面对采集的批量数据，高效处理数据成为一项意义重大的课题。本项目基于FPGA，为无线传感网络设计多核嵌入式处理器，提出最新的多核处理器调度方案。进行大规模并发数据处理并且优化调度算法，合理分配各个处理器的负载量。对于全局处理器的合理布局和总线的设计，提出合理方案。对于物联网，我们采用合适的网络拓扑和数据传输方式，最优化传输路径，减少网络开销。此外我们采用数据融合与智能技术，对数据进行预处理，加以控制地进行数据的远程传输，采用高性能多核处理器，进行批量数据的分析和网络状况的终端显示。

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.

关键词：物联网 数据中心 多核控制器 多核 FPGA

关键词（英文）：Internet of Things; Data Center; Multi-core Controller; FPGA

应用领域：网络与通信

二、系统原理和技术特点

（1）基于FPGA设计多核嵌入式处理器。处理器的性能决定数据处理的效率，基于FPGA设计多核嵌入式处理器，可以大大提高数据处理能力。此项目中需要注重处理器的选型，数量，拓扑结构等方面，用XUP Virtex-II Pro 和P V5-LX110T 这两种开发板，建2个硬核，6个软核，将硬核做为任务调度的中枢，以软核做为执行单元，来实现要求。

（2）解决物联网数据中心处理。物联网数据中心处理是问题的关键，此项目中用传感器与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化监控和管理。设计多核处理器集中处理采集到的数据，并实现在显示屏上显示数据的功能。

（3）设计高效的多核处理器的调度方案。多核处理器的协调工作，需要一个调度方案，优秀的调度方案可以提高处理器的效率和资源利用率。此项目中，注重调度算法的优化，会基于FIFO，轮转法调度，以及实际情况下优先级的变化来综合考虑，以实现尽可能好的调度。

（4）采用数据融合与智能技术进行处理采集到的数据。由于物联网应用是由大量传感器节点构成的，在信息感知的过程中，采用各个节点单独传输数据到汇聚节点的方法是不可行的，在自组网的情况下，使用合适的网络拓扑，采用数据融合与智能技术进行处理采集到的数据。以保证数据的采集效率和及时性。

三、核心技术
（1）多核平台的建立,及多核调度算法的设计与优化。

（2）将数据处理控制过程进行分配，用多核分步进行调度，及每一轮过程中给各处理机分配合适的负载量。

（3）物联网中的大批量数据的高速融合与智能技术处理技术。

（4）合适的网络拓扑结构和孤儿节点处理方法，新节点加入后网络拓扑的改变和数据传递方式。

（5）基于多核技术的物联网中数据的高速搜索算法研究与实现。

四、系统框图
1.系统整体功能图

1.CPU功能图

1.总线结构图