本文關鍵詞：面向Xilinx Virtex-7的DMA數(shù)據(jù)傳輸軟硬件系統(tǒng)設計實現(xiàn)及在BFS算法中的應用

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【摘要】：隨著計算機技術延伸到社會生活的方方面面,信息爆炸開始引發(fā)巨大的社會變革,因此大數(shù)據(jù)所蘊含的巨大價值已經(jīng)引起廣泛的關注。圖論作為分析大數(shù)據(jù)集對象之間關系的重要問題,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,廣泛存在于半導體設計、人工智能、社交網(wǎng)絡等眾多領域。然而,圖論問題是典型的數(shù)據(jù)密集型應用,傳統(tǒng)微處理器在處理這類問題時,存儲和網(wǎng)絡通信能力很難滿足這類應用的需求,大數(shù)據(jù)問題對傳統(tǒng)處理器提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。鑒于流處理器具有能耗低,高性能等特點,研究面向大數(shù)據(jù)處理的流體系結(jié)構加速器,并借鑒GPU以及DSP的思想,實現(xiàn)基于PCIe互聯(lián)的異構加速器,具有重要的意義。PCIe總線接口是BFS算法加速器工作的基礎,BFS算法加速器和主機CPU之間通過PCIe接口進行數(shù)據(jù)傳輸。因此,研究PCIe總線接口是實現(xiàn)異構體系結(jié)構的組成部分之一。本課題以BFS算法加速器為研究平臺,面向主機與加速器之間的高時效通信問題,研究了PCIe Gen3 DMA的數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)脑O計與實現(xiàn)。本文在深入分析了PCIe體系結(jié)構和PCIe總線層次的基礎之上,重點研究了PCIe Gen3 DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浻布到y(tǒng)的設計與實現(xiàn)。主要從以下4個方面展開研究:第一,針對當前PCIe Gen3接口無開源設計的現(xiàn)狀,深入研究了當前PCIe Gen2接口的功能實現(xiàn)與PCIe總線協(xié)議,并基于Xilinx Virtex-7 PCIe Gen3 IP核實現(xiàn)了PCIe Gen3接口。第二,通過深入分析Xilinx Virtex-7 PCIe Gen3 IP的功能與DMA傳輸原理,在實現(xiàn)了的PCIe Gen3接口的基礎之上,設計并實現(xiàn)了DMA控制器,達到了數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)哪康摹５谌?深入研究了Linux操作系統(tǒng)下驅(qū)動程序的加載與初始化方式與驅(qū)動程序可訪問的PCIe硬件資源,分析了PCIe內(nèi)核驅(qū)動的關鍵數(shù)據(jù)結(jié)構,以及Linux內(nèi)核驅(qū)動與核外程序之間的通信方式。設計并實現(xiàn)了與PCIe Gen3 DMA數(shù)據(jù)傳輸接口相匹配的驅(qū)動程序。第四,針對并行BFS算法的執(zhí)行過程和數(shù)據(jù)結(jié)構,測試數(shù)據(jù)的特點與格式,設計并實現(xiàn)了將測試數(shù)據(jù)集直接從主機內(nèi)存通過PCIe Gen3 DMA高數(shù)傳輸接口加載到加速器DDR3 SODIMM中的應用程序,并利用該應用程序?qū)φ麄�原型系統(tǒng)在不同優(yōu)化類別下進行了測試。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP332;TP336

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