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基于多核多线程的大型LED灯光系统软控制器设计

作　者: 林贤辉
导　师: 贺前华
学　校: 华南理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多核处理器 多线程 流水线 同步读写 OpenMP
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


LED是当前新型的发光源,它具有节能、环保、寿命长、可靠性高及可实现全彩色变化等特点。随着LED产业的发展,LED被应用到各种领域中,如广告、装饰和信息传播等。本文介绍的LED灯光系统不同于传统的LED显示屏控制系统。它具有像素分布面积大、显示区域形状不一和分散性等特点。这就需要系统单独处理每一个像素点的信息,大大提高了系统对数据处理能力的要求。大型LED灯光系统软控制器是计算机端软件,负责将计算机屏幕上指定区域的视频信息发送到LED灯具阵列上。由于它的运行环境是计算机,要想获得强大的数据处理能力就必需依靠高性能的多核处理器。本文的研究目标就是提供一套适应多核处理器的软控制器方案。为此,本文完成了以下内容:1.阐述软控制器的基本工作原理、主要功能以及各模块的具体实现(包括视频数据采集、颜色提取、数据打包以及数据发送等模块的设计);2.结合流水线处理模式的基本概念,提出多线程流水线架构,为软控制器处理流程的并行化提供理论依据;3.设计一个能解决流水线间数据传递问题的线程间同步读写类模板,使得多线程流水线架构能工作起来;4.提出一套使用OpenMP技术的负载平衡解决方案,使得软控制器在配置有处理单元多于四个的多核处理器的硬件环境下能获得更高的性能。本文的研究内容正是国内大型LED灯光系统发展所急需的技术。本项目的研发可以在一定程度上提升我国该领域企业的竞争力,推动新兴产业的发展。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 LED 景观照明现状及发展趋势  11-12
  1.2 大型LED 灯光系统简介  12-14
  1.3 软控制器可行性分析及需求分析  14-16
    1.3.1 可行性分析  14-15
    1.3.2 需求分析  15-16
  1.4 章节安排  16-17
第二章 软控制器总体设计  17-30
  2.1 功能模块概要设计  17-18
    2.1.1 功能模块划分  17-18
    2.1.2 循环运行方案  18
  2.2 架构设计  18-21
    2.2.1 流水线处理模式的基本概念  18-19
    2.2.2 流水线的性能分析  19
    2.2.3 多线程流水线架构  19-21
  2.3 软控制器建模  21-29
    2.3.1 UML 相关知识介绍  21-24
    2.3.2 UML 建模  24-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 软控制器各模块的详细设计  30-42
  3.1 布局信息录入  30-33
    3.1.1 布局信息简介  30-32
    3.1.2 布局信息在内存中的数据结构  32-33
  3.2 视频数据截取  33-35
    3.2.1 视频数据截取方式  33-34
    3.2.2 视频数据截取的实现  34-35
  3.3 视频数据处理  35-37
    3.3.1 颜色提取  35-36
    3.3.2 数据打包  36-37
  3.4 网络通信  37-40
    3.4.1 直接网络编程方法  37-38
    3.4.2 WinPcap 工作原理  38-39
    3.4.3 基于WinPcap 的数据发送  39-40
  3.5 其他模块  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章 多核多线程关键技术的设计说明  42-61
  4.1 多核多线程技术简介  42-52
    4.1.1 多进程与多线程  42-44
    4.1.2 线程同步  44-49
    4.1.3 OpenMP 编程  49-52
  4.2 线程间同步读写类模板设计  52-59
    4.2.1 数据结构设计  53-56
    4.2.2 方法流程设计  56-58
    4.2.3 性能测试  58-59
  4.3 OpenMP 负载平衡解决方案  59-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 软控制器实现与测试  61-74
  5.1 软控制器实现  61-65
    5.1.1 运行平台与开发环境  61
    5.1.2 人机交互界面  61-62
    5.1.3 操作流程  62-65
  5.2 软件测试  65-73
    5.2.1 测试目的  65-66
    5.2.2 测试内容  66
    5.2.3 测试方法  66-68
    5.2.4 测试结果及分析  68-73
  5.3 本章小结  73-74
结论  74-76
参考文献  76-78
攻读硕士学位期间取得的研究成果  78-79
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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