計(jì)算機(jī)集群拼接顯示系統(tǒng)中的圖形同步設(shè)備及同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種計(jì)算機(jī)集群拼接系統(tǒng)中的圖形同步設(shè)備及同步方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，在虛擬現(xiàn)實(shí)、工程設(shè)計(jì)、地理空間信息可視化等領(lǐng)域，有越來(lái)越多的系統(tǒng)使用多顯示器或多投影機(jī)顯示超高分辨率、超大面積的圖形。這類系統(tǒng)往往需要很高的數(shù)據(jù)處理能力以及對(duì)圖形的處理能力，計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)可以提供這類系統(tǒng)所需要的高性能，將超高分辨率圖形生成的任務(wù)分布在多臺(tái)計(jì)算機(jī)上來(lái)完成。集群系統(tǒng)還具有可擴(kuò)展性和模塊化的特點(diǎn)，具有很高的靈活性和較高的性價(jià)比。在這些系統(tǒng)中，需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，如果將超高分辨率圖形生成的任務(wù)按照屏幕區(qū)域分配給集群系統(tǒng)中的多臺(tái)計(jì)算計(jì)來(lái)完成，如何使產(chǎn)生于多臺(tái)計(jì)算機(jī)的多個(gè)圖形輸出信號(hào)在構(gòu)成單一的超高分辨率圖形時(shí)做到平滑無(wú)縫，而不會(huì)因各顯示卡的輸出幀率和同步信號(hào)相位的不同而產(chǎn)生畫面撕裂等問(wèn)題，此夕卜，有些系統(tǒng)還要求輸出的計(jì)算機(jī)圖形信號(hào)與一個(gè)電視圖像信號(hào)同步，這也是普通計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)的。
[0003]現(xiàn)有的系統(tǒng)中的圖形同步設(shè)備，同步卡分為主同步卡和從同步卡，卡與卡之間通過(guò)串聯(lián)中繼的方式傳輸參考同步信號(hào)以及控制脈沖信號(hào)，如果其中的一個(gè)卡出現(xiàn)了故障需要更換，或者中繼失敗，會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的同步輸出，并且，控制脈沖信號(hào)與參考同步信號(hào)在傳輸過(guò)程中抗干擾性差，容易造成同步卡鎖相失敗或誤動(dòng)作，因此可靠性不強(qiáng)，另外，同步卡與上位機(jī)之間是通過(guò)PCIe總線連接，而PCIe接口一般設(shè)計(jì)在機(jī)箱內(nèi)部，因此無(wú)法應(yīng)用在需要將同步設(shè)備安裝在計(jì)算機(jī)機(jī)箱外部的場(chǎng)合。并且，PCIe接口設(shè)備需要使用自行開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序，提高了研發(fā)成本，而PCIe設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的復(fù)雜性還容易造成系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種計(jì)算機(jī)集群拼接顯示系統(tǒng)中的圖形同步設(shè)備及同步方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的抗干擾性差、可靠性不強(qiáng)、研發(fā)成本高的問(wèn)題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一方面，提供了一種計(jì)算機(jī)集群拼接顯示系統(tǒng)中的圖形同步設(shè)備，包括:N個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器、N個(gè)FIFO存儲(chǔ)器和N臺(tái)節(jié)點(diǎn)上位機(jī)，N個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器之間通過(guò)CAN總線連接，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器與每臺(tái)節(jié)點(diǎn)上位機(jī)通過(guò)RS-232接口連接,其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器，用于接收節(jié)點(diǎn)上位機(jī)輸出的圖形信號(hào)，并將圖形信號(hào)轉(zhuǎn)化成圖形數(shù)據(jù)流，根據(jù)同步接收邏輯將圖形數(shù)據(jù)流寫入FIFO存儲(chǔ)器，并根據(jù)同步輸出邏輯，基于系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)及水平和垂直同步信號(hào)，將圖形數(shù)據(jù)流從FIFO存儲(chǔ)器中讀出，并將圖形數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成圖形信號(hào)輸出至顯示設(shè)備；每臺(tái)節(jié)點(diǎn)上位機(jī)，通過(guò)RS-232接口響應(yīng)節(jié)點(diǎn)同步器的暫停播出命令和播出命令，并執(zhí)行暫停播出命令和播出命令。
[0007]優(yōu)選地，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器預(yù)設(shè)一個(gè)接收暫停閾值、接收繼續(xù)閾值、發(fā)送暫停閾值、發(fā)送繼續(xù)閾值和發(fā)送開(kāi)始閾值。
[0008]優(yōu)選地，根據(jù)同步接收邏輯將圖形數(shù)據(jù)流寫入FIFO存儲(chǔ)器，包括:當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量達(dá)到接收暫停閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)同步器向節(jié)點(diǎn)上位機(jī)發(fā)送暫停播出命令，并禁止向FIFO存儲(chǔ)器寫入新的圖形數(shù)據(jù)，此后，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量逐漸減少，當(dāng)圖形數(shù)據(jù)量達(dá)到接收繼續(xù)閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)同步器向節(jié)點(diǎn)上位機(jī)發(fā)送播出命令，并允許向FIFO存儲(chǔ)器寫入新的圖形數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選地，根據(jù)同步輸出邏輯，基于系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)及輸出同步信號(hào)，將圖形數(shù)據(jù)流從FIFO存儲(chǔ)器中讀出包括:當(dāng)集群中的某個(gè)FIFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量低于發(fā)送暫停閾值時(shí)，與該FIFO存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)同步器讀出當(dāng)前幀的全部圖形數(shù)據(jù)后，重新將讀指針置于該幀的開(kāi)始處，重復(fù)播出該幀，同時(shí)，廣播播出暫停命令到CAN總線，其他節(jié)點(diǎn)同步器在收到播出暫停命令后，重復(fù)輸出前一圖形幀，此后，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量逐漸增加，當(dāng)圖形數(shù)據(jù)量達(dá)到發(fā)送繼續(xù)閾值時(shí)，該節(jié)點(diǎn)同步器重新啟動(dòng)播出，并向CAN總線廣播播出命令，其他節(jié)點(diǎn)同步器在收到播出命令后，繼續(xù)開(kāi)始播出。
[0010]優(yōu)選地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)同步器為控制節(jié)點(diǎn)同步器時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上位機(jī)為控制節(jié)點(diǎn)上位機(jī)，控制節(jié)點(diǎn)同步器在收到控制節(jié)點(diǎn)上位機(jī)開(kāi)始命令后，當(dāng)達(dá)到發(fā)送開(kāi)始閾值時(shí)，還用于廣播播出啟動(dòng)命令到CAN總線。
[0011]優(yōu)選地，時(shí)鐘信號(hào)及水平和垂直同步信號(hào)是由節(jié)點(diǎn)同步器中的定時(shí)生成模塊基于參考視頻信號(hào)生成的。
[0012]優(yōu)選地，定時(shí)生成模塊包括:視頻同步分離單元和鎖相環(huán)，其中:視頻同步分離單元，從參考視頻信號(hào)中分離出參考視頻信號(hào)的水平定時(shí)信號(hào)和垂直定時(shí)信號(hào)；鎖相環(huán)，用于生成頻率及相位與水平定時(shí)信號(hào)和垂直定時(shí)信號(hào)相鎖定的符合輸出圖形格式的像素時(shí)鐘信號(hào)及水平和垂直同步信號(hào)。
[0013]另一方面，提供了一種計(jì)算機(jī)集群拼接顯示系統(tǒng)中的圖形同步方法，包括:N個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器分別接收與之對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上位機(jī)輸出的圖形信號(hào)，并將圖形信號(hào)轉(zhuǎn)化成圖形數(shù)據(jù)流；其中，N個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器之間通過(guò)CAN總線連接,每個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器與每臺(tái)節(jié)點(diǎn)上位機(jī)通過(guò)RS-232接口連接；每個(gè)節(jié)點(diǎn)同步器根據(jù)同步接收邏輯將圖形數(shù)據(jù)流寫入FIFO存儲(chǔ)器；每臺(tái)節(jié)點(diǎn)上位機(jī)，通過(guò)RS-232接口響應(yīng)節(jié)點(diǎn)同步器的暫停播出命令和播出命令，并執(zhí)行暫停播出命令和播出命令；根據(jù)同步輸出邏輯，基于系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)及水平和垂直同步信號(hào)，將圖形數(shù)據(jù)流從FIFO存儲(chǔ)器中讀出；將讀出的圖形數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成圖形信號(hào)后輸出至顯示設(shè)備。
[0014]優(yōu)選地，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器預(yù)設(shè)一個(gè)接收暫停閾值、接收繼續(xù)閾值、發(fā)送暫停閾值、發(fā)送繼續(xù)閾值和發(fā)送開(kāi)始閾值。
[0015]優(yōu)選地，根據(jù)同步接收邏輯將圖形數(shù)據(jù)流寫入FIFO存儲(chǔ)器，包括:當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量達(dá)到接收暫停閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)同步器向節(jié)點(diǎn)上位機(jī)發(fā)送暫停播出命令，并禁止向FIFO存儲(chǔ)器寫入新的圖形數(shù)據(jù)，此后，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量逐漸減少，當(dāng)圖形數(shù)據(jù)量達(dá)到接收繼續(xù)閾值時(shí)，節(jié)點(diǎn)同步器向節(jié)點(diǎn)上位機(jī)發(fā)送播出命令，并允許向FIFO存儲(chǔ)器寫入新的圖形數(shù)據(jù)。
[0016]優(yōu)選地，根據(jù)同步輸出邏輯，基于系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)及輸出同步信號(hào)，將圖形數(shù)據(jù)流從FIFO存儲(chǔ)器中讀出包括:當(dāng)集群中的某個(gè)FIFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量低于發(fā)送暫停閾值時(shí)，與該FIFO存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)同步器讀出當(dāng)前幀的全部圖形數(shù)據(jù)后，重新將讀指針置于該幀的開(kāi)始處，重復(fù)播出該幀，同時(shí)，廣播播出暫停命令到CAN總線，其他節(jié)點(diǎn)同步器在收到播出暫停命令后，重復(fù)輸出前一圖形幀，此后，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器中的圖形數(shù)據(jù)量逐漸增加，當(dāng)圖形數(shù)據(jù)量達(dá)到發(fā)送繼續(xù)閾值時(shí)，該節(jié)點(diǎn)同步器重新啟動(dòng)播出，并向CAN總線廣播播出命令，其他節(jié)點(diǎn)同步器在收到播出命令后，繼續(xù)開(kāi)始播出。
[0017]優(yōu)選地，在節(jié)點(diǎn)同步器向節(jié)點(diǎn)上位機(jī)發(fā)送暫停播出命令之后，該方法還包括:節(jié)點(diǎn)上位機(jī)響應(yīng)暫停播出命令，暫停播出新的圖形幀。
[0018]優(yōu)選地，在節(jié)點(diǎn)同步器向節(jié)點(diǎn)上位機(jī)發(fā)送播出命令之后，該方法還包括:節(jié)點(diǎn)上位機(jī)響應(yīng)播出命令，播出下一圖形幀。
[0019]優(yōu)選地，時(shí)鐘信號(hào)及水平和垂直同步信號(hào)是由節(jié)點(diǎn)同步器中的定時(shí)生成模塊基于參考視頻信號(hào)生成的，包括:從參考視頻信號(hào)中分離出參考視頻信號(hào)的水平定時(shí)信號(hào)和垂直定時(shí)信號(hào)；定時(shí)生成模塊中的鎖相環(huán)生成頻率及相位與水平定時(shí)信號(hào)和垂直定時(shí)信號(hào)相鎖定的符合輸出圖形格式的像素時(shí)鐘信號(hào)及水平和垂直同步信號(hào)。
[0020]優(yōu)選地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)同步器為控制節(jié)點(diǎn)同步器時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上位機(jī)為控制節(jié)點(diǎn)上位機(jī)，控制節(jié)點(diǎn)同步器在收到控制節(jié)點(diǎn)上位機(jī)開(kāi)始命令后，當(dāng)達(dá)到發(fā)送開(kāi)始閾值時(shí)，廣播播出啟動(dòng)命令到CAN總線。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0022]1.本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)集群共同生成由多個(gè)圖形拼接形成的單一超高分辨率圖形，使輸出到顯示系統(tǒng)的各圖形信號(hào)的幀率和同步信號(hào)相位精確一致，系統(tǒng)整體輸出畫面平滑無(wú)撕裂，圖形質(zhì)量?jī)?yōu)于基于軟件幀率同步的系統(tǒng)；
[0023]2.集群中的每臺(tái)上位機(jī)安裝一個(gè)圖形同步卡，卡與卡之間通過(guò)CAN總線連接，布線方式為總線型，當(dāng)其中的一個(gè)同步卡出現(xiàn)故障時(shí)，可以獨(dú)立進(jìn)行更換，不會(huì)影響到其他同步卡之間的通訊，并且抗干擾性強(qiáng)，通訊可靠；
[0024]3.系統(tǒng)通過(guò)為每一個(gè)同步卡提供一路參考視頻信號(hào)來(lái)傳輸參考定時(shí)信息，信號(hào)的抗干擾能力強(qiáng)，傳輸可靠，并且，星型的連接方式使得當(dāng)一個(gè)同步卡出現(xiàn)故障時(shí)，可以獨(dú)立進(jìn)行更換，不會(huì)影響其他同步卡的工作；
[0025]4.由于圖形同步卡與上位機(jī)之間通過(guò)RS-232連接，替代了現(xiàn)有系統(tǒng)中卡與上位機(jī)之間通過(guò)PCIe連接的方式，RS-232接口成本低，并且使設(shè)備可以安裝在上位機(jī)外面，安裝方式更加靈活；
[0026]5.由于本發(fā)明的技