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基于PCI Express总线的可重构加速平台的设计和研究

作　者: 孙霖
导　师: 顾国昌
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 可重构计算 PCI Express总线 外部总线级耦合 FFT
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 220次
引　用: 1次
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内容摘要


伴随着数字电子技术的发展,数字信号处理理论和相关技术广泛应用于通讯、计算机和多媒体等领域。可重构计算能够同时具有通用处理器的灵活性和ASIC电路的高效性,利用可重构的特性可以对特定领域的应用算法进行加速。随着PCI Express总线技术应用不断普及,其高带宽、可靠性等特点非常适合可重构计算;而近期FPGA的发展也为可重构计算系统的实现提供了硬件平台。本文首先对可重构计算体系的不同耦合方式进行了深入分析,然后对计算机IO总线的发展进行了研究。在此基础上,本文提出了基于PCI Express总线的可重构加速平台;根据PCI Express总线的特点设计实现了硬件接口单元,保证了平台的数据传输的带宽要求;快速傅里叶变换FFT作为数字信号处理的核心技术之一,因此对该算法进行加速具有很高的实用价值。平台以FFT算法为实例,设计了加速功能单元,实现了单精度的FFT处理单元。最后,对加速单元和可重构加速平台分别进行了仿真测试。实验结果表明,该加速平台对FFT算法有较好的加速性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 本课题的研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究发展现状  10-11
  1.3 本论文的主要工作  11-12
  1.4 本论文的组织结构  12-13
第2章 背景知识介绍  13-25
  2.1 可重构加速计算耦合度分析  13-21
    2.1.1 可重构加速计算基本概念  13-14
    2.1.2 应用算法的加速方法  14-15
    2.1.3 可重构加速部件和系统耦合方式  15-21
  2.2 基于外部总线级耦合可重构加速部件的研究  21-23
    2.2.1 应用算法选择的研究  21-22
    2.2.2 应用开发流程  22-23
    2.2.3 设计实现关键问题  23
  2.3 本章小结  23-25
第3章 基于PCI E总线的可重构加速平台框架设计  25-46
  3.1 PCI Express总线技术介绍  25-28
    3.1.1 PCI总线  25-26
    3.1.2 PCI Express总线  26-28
  3.2 基于PCI E总线可重构加速平台设计方案及总体设计  28-32
    3.2.1 设计方案的选择比较  28-30
    3.2.2 开发平台介绍及总体框架的设计  30-32
  3.3 硬件电路接口单元设计  32-38
  3.4 加速功能单元设计  38-45
    3.4.1 硬件电路接口单元的控制器DMA_IOControl  39-42
    3.4.2 功能模块的控制器FU_IOControl  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 基于浮点库的FFT功能单元的设计实现  46-66
  4.1 FFT算法简介原理及特性分析  46-49
  4.2 FPGA实现FFT算法的优势  49-50
  4.3 FFT加速单元的整体设计  50-52
    4.3.1 FFT加速单元设计特点  51
    4.3.2 FFT加速单元工作过程  51-52
  4.4 蝶形运算单元设计  52-55
  4.5 地址产生单元设计  55-59
    4.5.1 旋转因子Wn读地址产生模块wnAddrGen  55-57
    4.5.2 计算结点数据地址产生模块xAddrGen  57-59
  4.6 RAM的设计实现  59-61
  4.7 ROM的设计实现  61-62
  4.8 时序控制单元设计  62-63
  4.9 FFT功能单元的实现  63-65
  4.10 本章小结  65-66
第5章 系统仿真和测试  66-73
  5.1 FFT加速单元性能分析  66-69
    5.1.1 资源利用情况  66-67
    5.1.2 计算精度的测试  67-68
    5.1.3 运算速度的测试  68-69
  5.2 平台整体性能分析及改进  69-72
    5.2.1 平台整体性能分析  69-72
    5.2.2 平台性能的改进方法  72
  5.3 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 总线、通道
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