基于fpga可重构计算硬件平台设计与实现论文

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1、ClassifiedIndex：TN409DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignandImplementationofReconngurableComputingHardwarePlatformBasedonFPGACandidate：MaNing—Supervisor：CaoYijiangAcademicDegreeAppliedfor：Specialty：DateofOralExamination：University：MasterofEngineeringM

2、icroelectronicsandSolid．stateElectronicsMarch，2012HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于FPGA的可重构计算硬件平台设计与实现》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将

3、完全由本人承担。作者签名：乃守日期：如’璋≯月／日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于FPGA的可重构计算硬件平台设计与实现》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提挛论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密

4、后适用授权书。／不保密回／(请在以上相应方框内打√)作者签名：乃导师签名：移弦1日期：如I乙年够月／日日期：如f乙年乒月／日哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基于FPGA的可重构计算硬件平台设计与实现摘要随着信息技术和计算科学的不断发展，基于FPGA的可重构计算技术以其灵活性、通用性、高效率、高性能等优点，成为目前高性能计算的主要研究方向。针对高性能的可重构计算需求，可重构计算硬件平台作为研究可重构计算的硬件基础将面临更高的设计挑战，如大容量数据缓存、高带宽数据交换接口等硬件设计问题，以及重构控制、外设驱动、计算资源IP核化封

5、装等SOPC系统固件设计问题。本文针对上述问题，根据可重构计算的相关原理，对大规模、高并行度可重构计算的硬件需求进行分析的基础上，提出了基于Virtex．6FPGA、PCIe数据接口、以太网接口、DDR3数据存储以及可重构SOPC系统等关键技术的可重构硬件平台总体设计方案。硬件上：通过高速信号设计约束改善了信号完整性差的问题，并利用FPGA内部的端点IP核，进而实现了高带宽的PCIe接口，解决了可重构计算原始数据输入及计算结果输出的交换带宽过低的问题；利用以太网PHY层芯片及以太网MAC层IP核相结合的灵活设计方式，实现以

6、太网接口，解决网络数据通信需求；利用MPMCIP核控制片外DDR3SDRAM存储器，并通过资源划分、设计约束等关键技术手段，实现了大容量、高带宽的数据存储方案，解决了可重构计算数据缓冲对执行效率影响的问题。固件上：设计了用户通用IP核框架，结合数据接口及数据存储相应硬件外设IP核、重构配置IP核，构建了支持可重构的SOPC系统，解决可重构计算中外设管理、计算资源IP核封装等关键技术难点。本文完成了可重构硬件平台设计，通过实验验证，实现了通信带宽达48．7Mb／s的以太网数据接口和高达701．67MB／s吞吐率的PCIe接口

7、，实现了高达1GB数据缓存容量的DDR3数据缓冲，设计的通用用户IP核框架可达到742．6MB／s吞吐率，所设计的SOPC系统支持可重构技术，可满足高并行可重构计算需求。关键词部分可重构；PCIe端点；以太网接口；用户IP核哈尔滨理工大学工学硕士学位论文DesignandImplementationofReconfigurableComputingHardwarePlatformBasedonFPGAAbstractWiththecontinuousdevelopmentofinformationtechnologyand

8、computingscience，FPGA—basedreconfigurablecomputingtechnology,whichischaracteriszedbyflexibility,versatility,hi曲efficiency,etc，hasbeenbecomingthemainfocu