一体化异构计算处理系统设计与实现

发布时间：2020-04-12 02:48

【摘要】：移动通信长久以来保持着高速发展,不同种类的信号处理方式不断地投入实际应用中。传统的信号处理平台的软硬件架构都只针对一种信号处理业务进行设计,因此随着通信技术的不断演进,对不同的软硬件平台进行维护的负担将会愈来愈重。因此,开发适用于多种信号处理场景、能够同时进行多种任务处理、具有可裁剪、可扩展特性的一体化信号处理平台成为趋势。本文展开了具有动态可重构特性的一体化计算平台的研究与验证,论文的主要工作包括以下方面:第一,设计了具有动态可重构特性、采用CPU+FPGA结构的一体化异构计算系统架构,并阐述了一体化系统的基本工作过程。介绍了一体化系统的硬件机箱架构、CPU软件架构和FPGA逻辑架构。第二,完成了以ZYNQ为计算核心的FPGA板卡与其管理系统的的设计与实现。板卡主要针对CPU+FPGA异构计算进行设计,预留了丰富的与CPU进行互联的40G以太网和PCIe接口,并支持动态可重构特性,提供充足的比特流缓存以及高速配置接口。第三,提出了一种基于Chisel的通用数据交换结构描述方法。以通用、可重载、可伸缩的基础交换节点为基础单元,通过对基础单元的配置与互联实现数据交换结构。该方法能够快速完成数据交换结构的描述与部署,为根据需求和算法变动快速实现架构修改提供基础支撑。第四,提出了通用的FPGA动态可重构规划策略,并实现了动态可重构链路。动态可重构规划策略将FPGA划分为若干独立的资源块,各个资源块之间通过数据交换网络进行互联,每个独立的资源块能够独立地进行动态重配置。动态可重构链路实现了资源块配置的排序与高速配置接口。规划策略与重构链路共同实现了FPGA在运行期的高效动态配置特性。本文提出了一种一体化异构计算系统的架构,实现了用于一体化系统的FPGA板卡,提出了用于快速迭代的一致性数据结构描述方法,具有工程意义,为一体化系统的实现提供了参考。
【图文】：

ATCA机箱系统的数据输入与输出均从数据交换

CPU板卡结构图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN911.7;TN791

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本文编号：2624184