СИСТЕМА ГРАФИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ Российский патент 2025 года по МПК G06F3/41 G06F15/78 G06F15/163 

Настоящее изобретение относится к системам графической обработки данных, а точнее к одноядерным и многоядерным системам для графического интерфейса.

Оно относится к человеко-машинному интерфейсу, в котором использована такая система обработки.

Конкретное применение изобретения, представляющее интерес, относится к системам обработки данных для человеко-машинных интерфейсов, установленных на борту самолетов.

Таким образом, в данной области системы обработки данных стандартно используются для исполнения графических вычислений и создания графических данных, предназначенных для выведения на экран интерфейса. В частности, речь может идти о создании графических данных, содержащих сенсорные зоны, управляемые вручную, в данном случае пилотом, для исполнения заданных функций.

Для выполнения графических вычислений, как правило, используют, по меньшей мере, один процессор для графических вычислений (GPU, Graphic Processing Unit), взаимодействующий, по меньшей мере, с одним центральным процессором CPU (Central Processing Unit).

Архитектура GPU представляет собой архитектуру вычислительных систем, исполняющих такие наборы команд, как двухмерные или трехмерные вычисления, позволяющие конструировать изображение.

GPU могут состоять из одного или нескольких вычислительных ядер, которые выполняют графические задачи. Речь идет о частично или полностью параллельной архитектуре обработки.

Что касается систем обработки данных, предназначенных для установки на борту самолетов, видно, что этот тип электронной системы подвержен серьезным ограничениям с точки зрения используемого материала и обусловленности, которые требуют специального определения условий функционирования системы, например, что касается продолжительности передачи данных. Они требуют проверки и сертификации компетентными органами.

Таким образом, системы обработки данных для человеко-машинных интерфейсов, установленных на борту коммерческих самолетов, должны удовлетворять определенному количеству правил и рекомендаций по разработке.

Бортовые вычислительные системы согласно уроню техники, как правило, получены из готовых коммерческих компонентов или «COTS» («Commercial Off The Shelf»), т.е. компонентов, изготовленных из крупной партии, для снижения затрат на изготовление и на техническое обслуживание.

Как правило, компоненты, составляющие вычислительную схему для человеко-машинных интерфейсов, сгруппированы в единственной зоне, например, в физическом ядре.

Под «вычислительной схемой» понимают последовательность модулей, сконфигурированных из этих компонентов и содержащих, по меньшей мере, одно графическое приложение, обычно называемое «пользовательским приложением» («User Application», далее UA), генерирующее исполняемые команды заданных графических функций, содействующих пилотированию самолетов.

Вычислительная схема также содержит, по меньшей мере, один блок графических вычислений GPU и (опционально) систему визуализации в кабине пилота (кабинный индикатор, «Cockpit Display System», далее CDS), при отсутствии требуемого стандарта.

Наконец, вычислительная схема ограничена, по меньшей мере, одним периферийным устройством, соединенным с одним или более экранов для отображения информации, например, экранов LCD.

С учетом продолжительности разработки и срока службы авиационного продукта, который может достигать нескольких десятилетий, часто бывает, что компоненты, используемые в соответствии с концепцией вычислительной схемы, фактически устаревают, даже ранее наступления конца процесса согласно концепции, что требует выполнять периодические этапы реконструкции и повторной сертификации.

Иными словами, замена одного из этих компонентов новыми, отличными компонентами приводит к повторной сертификации всех компонентов вычислительной схемы, для проверки отсутствия сбоев, что может оказаться длительным и дорогостоящим.

Кроме того, потребности, относящиеся к составу вычислительной схемы, различаются, в зависимости от промышленного применения, что заставляет поставщика осуществлять повторное конфигурирование упомянутых модулей, с изменением также их местоположения, для чего может потребоваться сертификация для каждой новой конфигурации.

Ввиду вышесказанного, изобретение предлагает преодоление вышеуказанных ограничений в системе графической обработки данных.

Таким образом, задачей изобретения согласно его первому аспекту является создание системы графической обработки данных, содержащей, по меньшей мере, одно ядро графической обработки данных, содержащее средства формирования, способные интерпретировать в графической форме или в форме команд данные, которыми обмениваются через человеко-машинный интерфейс, и в которой упомянутые средства формирования распределены на одном или более ядер.

Под «интерпретацией» понимают возможность считывания данных в графической форме или в форме машинного языка, и выполнения запрашиваемых или необходимых действий в соответствии с этим считыванием.

Например, можно указать на то, что пилот нажимает на сенсорную кнопку, отображаемую на его экране, что приводит, например, к срабатыванию события, а следовательно, к исполнению функции.

Таким образом, средства формирования позволяют интерпретировать данные в графической форме.

Кроме того, поскольку можно предполагать, что нажатие на сенсорную кнопку приведет к ее преобразованию в графическую форму, данные в форме команд будут в этом случае отправлены на средства формирования для изменения упомянутой формы кнопки.

В данном случае, эти средства формирования распределены на одном или более ядер. Иными словами, каждое физическое ядро полностью или частично секционировано и может включать в себя часть средств формирования или все вместе.

Это позволяет выполнять пошаговую сертификацию.

Таким образом, можно обновлять часть средств формирования, содержащихся в физическом ядре, без необходимости в повторной сертификации других частей средств формирования, доступных через другие физические ядра или содержащихся в том же ядре.

Является выгодным, чтобы средства формирования содержали средства преобразования, способные преобразовывать данные, которыми обмениваются через человеко-машинный интерфейс, в графическую форму, либо в форму команд, по меньшей мере один модуль обработки способный генерировать команды, и средства визуализации, способные визуализировать упомянутые данные в графической форме.

Упомянутый, по меньшей мере, один модуль обработки соединен со средствами преобразования, которые сами соединены с упомянутыми средствами визуализации.

Под «модулем обработки» понимают любой модуль UA, способный принимать данные, например, от датчиков и генерировать команды для графического представления упомянутых полученных данных.

Эти команды отправляют на упомянутые средства преобразования. Модуль обработки также может принимать данные вслед за взаимодействием между человеком и машиной, например, при нажатии на кнопку, с последующей отправкой данных в форме графических команд на средства преобразования для возможного изменения отображения кнопки.

Средства преобразования позволяют, сразу после получения команд модулем UA, обеспечить функции расчета визуализации, для отображения на экране, например, LCD.

Это отображение становится возможным, благодаря средствам визуализации в форме периферийных устройств, соединенных с одним или более экранами для отображения информации.

Является предпочтительным, чтобы средства преобразования содержали, по меньшей мере, один модуль согласования, способный согласовывать данные с авиационным и автомобильным стандартом связи и визуализации, и, по меньшей мере, один блок графических вычислений, способный принимать данные, полученные в результате работы упомянутого, по меньшей мере, одного модуля согласования, и преобразовывать их в данные, пригодные для визуализации средствами визуализации.

Упомянутый, по меньшей мере, один модуль согласования представляет собой модуль согласования типа CDS. В частности, данные, полученные упомянутым, по меньшей мере, одним модулем обработки, приводят в соответствие с таким стандартом, как «ARINC 661 Часть 1» или «ARINC 661 Часть 2».

Затем, эти согласованные данные будут отправлены, по меньшей мере, на один блок графических вычислений GPU, пригодный для исполнения функций расчета, позволяющих отображать упомянутые данные в графической форме.

Конечно, данные могут быть распределены между несколькими блоками графических вычислений, способными функционировать частично или полностью параллельно.

В качестве альтернативы, средства преобразования содержат, по меньшей мере, один блок графических вычислений, способный принимать данные, полученные в результате работы упомянутого, по меньшей мере, одного модуля обработки и преобразовывать в данные, пригодные для визуализации средствами визуализации.

Иными словами, средства преобразования в данном случае являются опциональными. Например, в случае отсутствия стандарта, которому необходимо соответствовать, модуль обработки UA может отправлять значение высоты для визуализации, которое, как правило, не требует согласования с какими-либо стандартами.

Является выгодным, чтобы распределение средств формирования являлось конфигурируемым.

Таким образом, архитектура, содержащая средства формирования, является полностью модульной. Иными словами, можно получить, например, модуль обработки UA физическим ядром.

Эта конфигурация является очень выгодной, поскольку обновление модуля обработки UA не влечет за собой обновления и повторной сертификации других модулей обработки UA.

Это также относится к случаю модуля CDS и блока графических вычислений GPU.

Следует отметить, что также можно получить комплект модулей обработки UA и/или модулей CDS и/или блоков графических вычислений физическим ядром.

Также, в любой момент можно также выбрать другую конфигурацию. Например, можно выбрать распределение одного или более модулей CDS на нескольких физических ядрах или их группировку в одном физическом ядре.

Таким образом, каждый блок графических вычислений GPU может обращаться к одному или более экранов для отображения информации.

Является предпочтительным, чтобы средства формирования были сопряжены между собой, по меньшей мере, посредством одной системы связи, допускающей обмен данными между упомянутыми средствами формирования.

Система связи может представлять собой общую шину между средствами формирования.

Также, задачей изобретения является создание графического интерфейса для кабины пилота самолета, содержащего систему графической обработки данных, такой, как указанная выше.

Другие цели, характеристики и преимущества изобретения станут ясными при прочтении следующего описания, приведенного лишь в качестве не ограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

[Фиг. 1] иллюстрирует пример общей архитектуры стандартной системы обработки данных, созданной из компонентов COTS;

[Фиг. 2A]

[Фиг. 2B]

[Фиг. 2C]

[Фиг. 2D]

[Фиг. 2E] представляют различные альтернативные и примерные конфигурации средств формирования данных согласно изобретению.

На Фиг. 1 представлена общая архитектура системы графической обработки данных согласно изобретению, где человеко-машинный интерфейс обозначен общим номером ссылки 1.

Общая архитектура 1 здесь является многоядерной. Она, очевидно, может быть также и одноядерной.

Она в данном примерном варианте воплощения содержит комплект физических ядер C1-C4 для обработки данных, - в данном случае, в количестве четырех, соединенных между собой системой связи B1, в данном случае, общей шиной связи, пригодной для осуществления обмена данных между упомянутыми физическими ядрами C1-C4.

Каждое физическое ядро обработки способно функционировать полностью или частично параллельно, позволяя одновременно обрабатывать информацию в целях выполнения большего количества операций за более короткое время.

Как видно на Фигуре, каждое ядро обработки C1-C4 содержит средства 2 формирования, способные интерпретировать в графической форме или в форме команд данные, которыми обмениваются через не показанный здесь человеко-машинный интерфейс.

Иными словами, средства 2 формирования данных способны считывать данные в графической форме или в форме машинного языка и исполнять необходимые или запрашиваемые действия после этого считывания.

Машинный язык может представлять собой, например, язык программирования C или C++.

Средства 2 формирования включают в себя область памяти, разделенную на комплект областей памяти ZM, способных хранить программы, участвующие в интерпретации в графической форме или в форме команд данных, которыми обмениваются через человеко-машинный интерфейс.

Каждая программа, хранящаяся в области памяти ZM, может связываться с другой программой, хранящейся в другой области памяти ZM, внутри того же самого ядра C1-C4.

Эта связь может быть достигнута, например, посредством шины связи B2, способной передавать данные, полученные из упомянутых программ.

Эта многоядерная архитектура графической обработки данных может быть полностью или частично секционирована.

Это позволяет выполнять пошаговую сертификацию.

Таким образом, можно обновлять часть средств 2 формирования, содержащихся в физическом ядре, без необходимости в повторной сертификации других частей средств 2 формирования, доступных через другие физические ядра или содержащихся в том же физическом ядре.

Иными словами, при секционированной архитектуре, модификация модуля UA или CDS или GPU, содержащегося в секции, позволяет избежать повторной сертификации других модулей, содержащихся в других секциях.

Это секционирование также является модульным, что позволяет получить несколько возможных альтернативных конфигураций средств 2 формирования, некоторые из которых представлены на Фиг. 2A-2E.

Средства 2 формирования содержат, по меньшей мере, три типа модулей, проиллюстрированных на Фиг. 2A, т.е., UA, средства визуализации EC в форме периферийных устройств, GPU и/или CDS, обозначенных здесь как PL.

Эти модули можно конфигурировать и секционировать в ядрах C1-C4.

На Фиг. 2A проиллюстрирован первый пример конфигурации. Здесь единственный модуль обработки UA связан с единственным модулем преобразования PL, который в свою очередь связан с единственным периферийным устройством визуализации, и все это в одном и том же ядре C1.

Эта конфигурация воспроизведена в трех других ядрах C2, C3 и C4.

Таким образом, если возникает необходимость изменения одного из этих модулей UA, отпадает необходимость в обновлении и/или в повторной сертификации других рабочих модулей обработки UA.

Также, как проиллюстрировано на Фиг. 2B, можно получить единственный модуль обработки UA, хранящийся в ядре C1, связанный с первым модулем преобразования PL1, хранящимся в ядре C3, и связанным со вторым и третьим модулем преобразования, соответственно, PL2, PL3, хранящимися в ядре C2.

Другая возможная конфигурация, представленная на Фиг. 2C, состоит в хранении первого и второго модуля обработки UA1, UA2 в ядре C4 и в связывании их с модулем преобразования PL, хранящимся в том же ядре C4.

Модуль преобразования PL может быть связан с третьим модулем обработки UA3, хранящимся в ядре C3, и с тремя средствами визуализации EC1, EC2 и EC3, которые, как проиллюстрировано на Фиг. 2D, находятся в ядре C4.

Другой альтернативный вариант состоит в хранении первого, второго и третьего модуля преобразования PL1, PL2 и PL3, а также средств визуализации EC в одном и том же ядре C4, как представлено на Фиг. 2E.

Очевидно, что эти конфигурации приведены в качестве не ограничивающих примеров.

Таким образом, модульное секционирование физических ядер C1-C4 позволяет изменять конфигурацию средств 2 формирования в соответствии с потребностями любой системы, со снижением количества модулей, которые требуется обновлять и/или повторно сертифицировать, если один из них должен быть изменен.

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к одноядерным и многоядерным системам графической обработки данных. Технический результат направлен на расширение арсенала средств, в частности, что при обновлении одного модуля не требуется повторная сертификация остальных. Система (1) графической обработки данных, содержащая по меньшей мере одно ядро (C1-C4) графической обработки данных, содержащее средства (2) формирования, способные интерпретировать в графической форме или в форме команд данные, характеризующаяся тем, что упомянутые средства (2) формирования распределены на одном или более ядер (C1-C4), причем средства (2) формирования содержат средства преобразования (PL), способные преобразовывать данные, в графическую форму, либо в форму команд, по меньшей мере один модуль обработки (UA), способный генерировать команды, и средства визуализации (EC), способные визуализировать упомянутые данные в графической форме, и средства преобразования (PL) содержат по меньшей мере один модуль согласования (CDS), способный согласовывать данные с авиационным или автомобильным стандартом связи и визуализации, и по меньшей мере один блок графической обработки (GPU), способный принимать данные и преобразовывать их в данные, пригодные для визуализации средствами визуализации (EC). 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система (1) графической обработки данных, содержащая по меньшей мере одно ядро (C1-C4) графической обработки данных, содержащее средства (2) формирования, способные интерпретировать в графической форме или в форме команд данные, которыми обмениваются через человеко-машинный интерфейс, характеризующаяся тем, что упомянутые средства (2) формирования распределены на одном или более ядер (C1-C4),

причем средства (2) формирования содержат средства преобразования (PL), способные преобразовывать данные, которыми обмениваются через человеко-машинный интерфейс, в графическую форму, либо в форму команд, по меньшей мере один модуль обработки (UA), способный генерировать команды, и средства визуализации (EC), способные визуализировать упомянутые данные в графической форме, причем упомянутый по меньшей мере один модуль обработки (UA) соединен со средствами преобразования (PL), которые сами соединены с упомянутыми средствами визуализации (EC), и

средства преобразования (PL) содержат по меньшей мере один модуль согласования (CDS), способный согласовывать данные с авиационным или автомобильным стандартом связи и визуализации, и по меньшей мере один блок графической обработки (GPU), способный принимать данные, полученные в результате работы упомянутого по меньшей мере одного модуля согласования (CDS), и преобразовывать их в данные, пригодные для визуализации средствами визуализации (EC).

2. Система по п. 1, в которой средства преобразования (PL) содержат по меньшей мере один блок графической обработки (GPU), способный принимать данные, полученные в результате работы упомянутого по меньшей мере одного модуля обработки (UA), и преобразовывать их в данные, пригодные для визуализации средствами визуализации (EC).

3. Система по одному из предыдущих пунктов, в которой распределение средств (2) формирования является конфигурируемым.

4. Система по одному из предыдущих пунктов, в которой средства (2) формирования сопряжены между собой по меньшей мере посредством одной системы связи (B1, B2), допускающей обмен данных между упомянутыми средствами (2) формирования.

5. Экран для кабины пилота самолета, характеризующийся тем, что он включает в себя систему (1) графической обработки данных по одному из пп. 1-4.