基于發布-訂閱機制的異構平臺消息中間件設計
電子技術應用
周璞，柴小麗，俞則人，左顏
中國電子科技集團公司第三十二研究所
摘要： 針對嵌入式異構計算系統中計算單元間的互聯需求，面向CPU及FPGA平臺設計一種工作在發布-訂閱模式下的消息中間件。首先研究發布-訂閱模型及對應的報文傳輸方式，為解決可靠組播的錯誤控制、擁塞控制問題選用RapidIO作為中間件傳輸協議。其次研究中間件的通信方案與發布-訂閱機制的實現方案并設計了熱插拔機制與異常監測模塊以提升可靠性。系統驗證與測試結果表明，中間件具有較好的通信性能，且熱插拔機制有效提升了系統的可靠性，與其他設計方案相比具有一定優勢。
中圖分類號：TN91；TP31 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246129
中文引用格式： 周璞，柴小麗，俞則人，等. 基于發布-訂閱機制的異構平臺消息中間件設計[J]. 電子技術應用，2025，51(5)：50-54.
英文引用格式： Zhou Pu，Chai Xiaoli，Yu Zeren，et al. Design of MOM for heterogeneous platforms based on publish-subscribe mechanisms[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：50-54.
中文引用格式： 周璞，柴小麗，俞則人，等. 基于發布-訂閱機制的異構平臺消息中間件設計[J]. 電子技術應用，2025，51(5)：50-54.
英文引用格式： Zhou Pu，Chai Xiaoli，Yu Zeren，et al. Design of MOM for heterogeneous platforms based on publish-subscribe mechanisms[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：50-54.
Design of MOM for heterogeneous platforms based on publish-subscribe mechanisms
Zhou Pu，Chai Xiaoli，Yu Zeren，Zuo Yan
The 32nd Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： Aiming at the interconnection demand between computing units in embedded heterogeneous computing systems, a message middleware working in publish-subscribe mode is designed for CPU and FPGA platforms. Firstly, we study the publish-subscribe model and the corresponding message transmission method and choose RapidIO as the middleware transmission protocol to solve reliable multicast error control and congestion control problems. Secondly, we study the middleware's communication scheme and the publish-subscribe mechanism's implementation scheme and design the hot-plugging mechanism and the anomaly monitoring module to improve reliability. System validation and testing results show that the middleware has better communication performance, and the hot-plugging mechanism effectively enhances the system's reliability, which has certain advantages compared with other design solutions.
Key words : middleware；publish-subscribe mechanisms；RapidIO protocol；hot-plugging；heterogeneous computing
引言
伴隨著數字化社會建設需要[1]與集成電路發展進入瓶頸[2]，不同架構的協處理器被廣泛應用于計算系統的設計中。中間件作為一種軟硬件抽象層，屏蔽了不同操作系統與處理器之間的軟硬件差異[3]，為異構計算系統提供了可靠、透明的通信環境。中間件的類型有面向消息中間件（MOM）、面向對象中間件（OOM）等[4]，消息中間件通過以消息的形式收發應用程序數據以連接運行于不同系統中的應用程序[5]，主要有消息隊列模式、點對點模式與發布-訂閱模式三種工作模式，其中發布-訂閱模式通過消息代理以及發送接收程序實現在網絡中進行特定主題數據的發布及接收，沒有傳統意義上的客戶端及服務器，具有空間非耦合、時間非耦合及數據流非耦合的特點。
本文針對CPU與FPGA兩種硬件平臺開發了一套消息中間件，該中間件工作在發布-訂閱模式，支持的最高RapidIO規格為4X、5 Gbaud，并具備高帶寬與高可靠性的特點。
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作者信息：
周璞，柴小麗，俞則人，左顏
（中國電子科技集團公司第三十二研究所，上海 201808）
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