面向Xilinx Virtex-7的DMA數據傳輸軟硬件系統(tǒng)設計實現及在BFS算法中的應用.pdf

1、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，因此大數據所蘊含的巨大價值已經引起廣泛的關注。圖論作為分析大數據集對象之間關系的重要問題，是大數據問題中的典型代表。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、社交網絡等眾多領域。然而，圖論問題是典型的數據密集型應用，傳統(tǒng)微處理器在處理這類問題時，存儲和網絡通信能力很難滿足這類應用的需求，大數據問題對傳統(tǒng)處理器提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。鑒于流處理器具有能

2、耗低，高性能等特點，研究面向大數據處理的流體系結構加速器，并借鑒GPU以及DSP的思想，實現基于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接口進行數據傳輸。因此，研究PCIe總線接口是實現異構體系結構的組成部分之一。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的數據高速傳輸的設計與實現。

3、
　　本文在深入分析了 PCIe體系結構和 PCIe總線層次的基礎之上，重點研究了PCIe Gen3 DMA數據傳輸的軟硬件系統(tǒng)的設計與實現。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狀，深入研究了當前PCIe Gen2接口的功能實現與PCIe總線協(xié)議，并基于Xilinx Virtex-7 PCIe Gen3 IP核實現了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，在實現了的PCIe Gen3接口的基礎之上，設計并實現了DMA控制器，達到了數據高速傳輸的目的。
　　第三，深入研究了Linux操作系統(tǒng)下驅動程序的加載與初始化方式與驅動程序可訪問的PCIe硬件資源，分析了PCIe內核驅動的關鍵數據結構，以及Linux內核驅動與核外程序之間的通信方式。設計并實現了與PCIe Gen3 DMA數據傳輸接口相匹配的驅動程序。