[发明专利]基于FPGA的加速卡及其加速方法

说明书

本发明提供了一种基于FPGA的加速卡的加速方法，包括如下过程：在FPGA内部构建：PCI‑E总线接口模块、多个DMA、DMA重置模块、多个用户可重构加速模块、LVDS‑光纤模块、交叉总线模块以及DDR3控制模块。同时提供了采用上述加速方法得到的加速卡。本发明实现方法简单，成本低廉；配置有多个DMA和多个用户可重构模块，通过将任务分解并进行平行计算节约处理时间，提高处理效率；多个加速卡之间可以通过LVDS和光纤实现交火，根据应用需要自由进行扩展；利用FPGA本身可重构的特点，通过加载不同的bit流文件可以实现不同的加速应用，应用范围广。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体地，涉及一种基于FPGA的加速卡及其加速方法。

背景技术

FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础的发展的产物。器件最在是有Xilinx公司于1985年首家推出，是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作。FPGA的结构分为三部分：可编程逻辑模块，可编程I/O模块和可编程内部互联区IR。FPGA内部有许多可编程的逻辑单元(LE，LogicElement)，用户可以通过对这些可编程成的模块进行现场编程以实现不同的逻辑功能，相对于专用集成电路，FPAG有更高的灵活性，开发周期较短，单集成度较低。FPGA可进行多次编程，编程速度快，用户可灵活控制。

DMA(Direct Memory Access)，即直接内存存取，它是一种高速的数据传输技术，DMA可以实现外部设备和存储器之间的直接数据交换，可以不通过CUP进行干预，可以大大的提高数据的传输速度，并节省CPU资源，从而提高整个系统的运行效率。整个数据传输可以通过DMA控制器进行控制，CPU只需要在数据传输的起始进行操作，其他时间CPU可以进行其他事件的处理，释放系统资源，提高数据传输效率。

随着计算机科学技术的发展和应用领域的不断拓展，许多特定的应用领域对计算机的数据处理速度都有了越来越高的要求。CPU的结构便于它在短时间内完成各种不同的指令，但有些重复任务无法非常有效迅速地被处理。通过采用专门设计的处理器可以解决这个问题，但成本会大大提高。采用FPGA芯片等硬件加速来分担一部分CPU的工作是目前主流的解决方法，但采用FPGA进行硬件加速有两个问题，一是一块FPGA加速器的资源不够解决某些复杂大计算量的任务；二是在采用FPGA做协处理，同时运行多个加速算法，同一个PCI-E接口下，几个设备并存，硬件驱动可能相当麻烦。

经过检索发现：公开号为CN102819818A的中国专利申请，提供了一种基于FPGA芯片的动态可重构技术实现图像处理的方法，利用FPGA芯片的可重构技术实现图像处理的加速，预先生成图像处理功能模块的设计文件，然后根据需要将FPGA芯片的重构模块配置为一个或多个图像处理功能模块进行图像信号处理；该方法实现方法简单、实现成本低廉，但是需要预先生成固定的图像处理功能模块，应用范围有限，且局限于图像处理功能。公开号为CN104657308A的中国专利申请，提供了一种用FPGA实现的服务器硬件加速的方法，基于FPGA实现的采用QPI总线的服务器硬件加速，通过在FPGA内构建硬件加速模块，并通过报文转换模块将硬件加速模块发起的操作转换为报文送到QPI总线进行加速；该方法可配置不同的加速算法来对应不同的计算应用，虽然具有较高的灵活性和扩展性，但是仅适用于QPI总线的计算机，对主流的PCI-E总线不具备通用性和普适性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于FPGA的加速卡及其加速方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA的加速卡的加速方法，包括如下过程：

在FPGA内部构建：PCI-E总线接口模块、多个DMA、DMA重置模块、多个用户可重构加速模块、LVDS-光纤模块、交叉总线模块以及DDR3控制模块；其中：