面向Xilinx Virtex-7的DMA數(shù)據(jù)傳輸軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及在BFS算法中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)延伸到社會(huì)生活的方方面面，信息爆炸開始引發(fā)巨大的社會(huì)變革，因此大數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的巨大價(jià)值已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。圖論作為分析大數(shù)據(jù)集對(duì)象之間關(guān)系的重要問題，是大數(shù)據(jù)問題中的典型代表。以BFS算法為代表的圖搜索問題，廣泛存在于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、人工智能、社交網(wǎng)絡(luò)等眾多領(lǐng)域。然而，圖論問題是典型的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，傳統(tǒng)微處理器在處理這類問題時(shí)，存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信能力很難滿足這類應(yīng)用的需求，大數(shù)據(jù)問題對(duì)傳統(tǒng)處理器提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。鑒于流處理器具有能

2、耗低，高性能等特點(diǎn)，研究面向大數(shù)據(jù)處理的流體系結(jié)構(gòu)加速器，并借鑒GPU以及DSP的思想，實(shí)現(xiàn)基于PCIe互聯(lián)的異構(gòu)加速器，具有重要的意義。PCIe總線接口是BFS算法加速器工作的基礎(chǔ)，BFS算法加速器和主機(jī)CPU之間通過PCIe接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，研究PCIe總線接口是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)的組成部分之一。本課題以BFS算法加速器為研究平臺(tái)，面向主機(jī)與加速器之間的高時(shí)效通信問題，研究了PCIe Gen3 DMA的數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3、
　　本文在深入分析了 PCIe體系結(jié)構(gòu)和 PCIe總線層次的基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)研究了PCIe Gen3 DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浻布到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要從以下4個(gè)方面展開研究：
　　第一，針對(duì)當(dāng)前PCIe Gen3接口無開源設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，深入研究了當(dāng)前PCIe Gen2接口的功能實(shí)現(xiàn)與PCIe總線協(xié)議，并基于Xilinx Virtex-7 PCIe Gen3 IP核實(shí)現(xiàn)了PCIe Gen3接口。
　　第二，通過深入分析Xili

4、nx Virtex-7 PCIe Gen3 IP的功能與DMA傳輸原理，在實(shí)現(xiàn)了的PCIe Gen3接口的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了DMA控制器，達(dá)到了數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)哪康摹?br>　　第三，深入研究了Linux操作系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序的加載與初始化方式與驅(qū)動(dòng)程序可訪問的PCIe硬件資源，分析了PCIe內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及Linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)與核外程序之間的通信方式。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了與PCIe Gen3 DMA數(shù)據(jù)傳輸接口相匹配的驅(qū)動(dòng)程序。