面向Xilinx Virtex-7的DMA数据传输软硬件系统设计实现及在BFS算法中的应用

发布时间：2017-11-24 01:12

  本文关键词：面向Xilinx Virtex-7的DMA数据传输软硬件系统设计实现及在BFS算法中的应用

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【摘要】：随着计算机技术延伸到社会生活的方方面面,信息爆炸开始引发巨大的社会变革,因此大数据所蕴含的巨大价值已经引起广泛的关注。图论作为分析大数据集对象之间关系的重要问题,是大数据问题中的典型代表。以BFS算法为代表的图搜索问题,广泛存在于半导体设计、人工智能、社交网络等众多领域。然而,图论问题是典型的数据密集型应用,传统微处理器在处理这类问题时,存储和网络通信能力很难满足这类应用的需求,大数据问题对传统处理器提出了严峻的挑战。鉴于流处理器具有能耗低,高性能等特点,研究面向大数据处理的流体系结构加速器,并借鉴GPU以及DSP的思想,实现基于PCIe互联的异构加速器,具有重要的意义。PCIe总线接口是BFS算法加速器工作的基础,BFS算法加速器和主机CPU之间通过PCIe接口进行数据传输。因此,研究PCIe总线接口是实现异构体系结构的组成部分之一。本课题以BFS算法加速器为研究平台,面向主机与加速器之间的高时效通信问题,研究了PCIe Gen3 DMA的数据高速传输的设计与实现。本文在深入分析了PCIe体系结构和PCIe总线层次的基础之上,重点研究了PCIe Gen3 DMA数据传输的软硬件系统的设计与实现。主要从以下4个方面展开研究:第一,针对当前PCIe Gen3接口无开源设计的现状,深入研究了当前PCIe Gen2接口的功能实现与PCIe总线协议,并基于Xilinx Virtex-7 PCIe Gen3 IP核实现了PCIe Gen3接口。第二,通过深入分析Xilinx Virtex-7 PCIe Gen3 IP的功能与DMA传输原理,在实现了的PCIe Gen3接口的基础之上,设计并实现了DMA控制器,达到了数据高速传输的目的。第三,深入研究了Linux操作系统下驱动程序的加载与初始化方式与驱动程序可访问的PCIe硬件资源,分析了PCIe内核驱动的关键数据结构,以及Linux内核驱动与核外程序之间的通信方式。设计并实现了与PCIe Gen3 DMA数据传输接口相匹配的驱动程序。第四,针对并行BFS算法的执行过程和数据结构,测试数据的特点与格式,设计并实现了将测试数据集直接从主机内存通过PCIe Gen3 DMA高数传输接口加载到加速器DDR3 SODIMM中的应用程序,并利用该应用程序对整个原型系统在不同优化类别下进行了测试。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332;TP336

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本文编号：1220483