一种基于GPU和FPGA的异构数据采集与处理系统的制作方法

本发明属于数字信号处理领域，涉及一种基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统。

背景技术：

1、随着市面上各种电子产品需求的提升，需要系统能够支持的数据采集与处理的速度也越来越快，目前比较主流的采集与处理系统方案(zl202010769501.1，一种基于fpga和gpu的高速采集存储分析系统)为pc配合专用的采集卡实现或者使用嵌入式系统实现，前者系统普遍体积大、功耗高、价格昂贵，比较容易受到工作环境的影响，并且这种系统一般是为了某些特定的方向而进行开发的，所以灵活性也较差。后者为了减小系统功耗和体积，一般采用低功耗soc进行开发，所使用的通信接口一般为uart、iic这种低速率的串行数据接口，但是数据量过大或者速度过快都有可能造成数据的丢失，从而达不到既定的要求。

2、因而，目前的数据采集与处理系统不能同时满足功耗低和处理速度的均衡，不能灵活地运用在各种场景上。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种体积小、功耗低的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，从而同时满足功耗低和处理速度的均衡，以及灵活地运用在各种场景上。

2、为达到上述目的，本发明提供一种基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其中，该异构数据采集与处理系统包括gpu板卡、fpga板卡和外部设备，所述fpga板卡包括用于采集数据和控制外部设备的zynq处理平台和用于存储数据的ddr动态存储器，所述gpu板卡与所述zynq处理平台通过pcie接口连接，所述zynq处理平台与所述ddr动态存储器通过存储器接口连接，所述gpu板卡采用dma驱动通过pcie接口直接访问ddr动态存储器中的数据，所述zynq处理平台与所述外部设备连接；其中，所述zynq处理平台包括用于将axi协议的数据与pcie接口传输的数据间相互转换的xdmaip核；所述gpu板卡包括应用app、dma驱动和内存单元，应用app用于控制dma驱动通过pcie接口直接访问ddr动态存储器的数据，并将该数据从ddr动态存储器中拷贝到所述gpu板卡的内存单元中；所述xdmaip核控制所述内存单元向fpga板卡写入数据，所述xdma ip核控制所述内存单元从fpga板卡读取数据。

3、优选地，所述zynq处理平台还包括用于将所述xdma ip核输出的数据进行时钟域的转换的fifo ip核、用于实现与外部设备所采集数据互联的axi crossbar ip核、用于控制ddr动态存储器将axi格式的数据写入并转换的mig ip核。

4、进一步优选地，所述fifo ip核与所述xdma ip核通过axi接口连接；所述axicrossbar ip核通过axi接口分别与所述fifo ip核和所述外部设备连接；所述mig ip核与所述axi crossbar ip核通过axi接口连接。

5、更进一步优选地，所述外部设备采集的数据通过控制逻辑单元转化成axi协议的数据，然后再经过axi crossbar ip核完成互联。

6、优选地，所述外部设备包括摄像头、模拟-数字电压转换器、显示器以及pc计算机。

7、进一步优选地，所述gpu板卡是nvidia的嵌入式gpu。

8、优选地，所述fpga板卡是包含arm处理器的zynq系列fpga。

9、本发明的有益效果在于：本发明所述的技术方案采用pcie接口实现数据在两个板卡之间的高效传输，以及所述gpu板卡采用dma驱动通过pcie接口直接访问ddr动态存储器中的数据，让fpga采集数据，gpu处理数据、实现算法，cpu实现调度，各方面协同运行。

技术特征：

1.一种基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，该异构数据采集与处理系统包括gpu板卡、fpga板卡和外部设备，所述fpga板卡包括用于采集数据和控制外部设备的zynq处理平台和用于存储数据的ddr动态存储器，所述gpu板卡与所述zynq处理平台通过pcie接口连接，所述zynq处理平台与所述ddr动态存储器通过存储器接口连接，所述gpu板卡采用dma驱动通过pcie接口直接访问ddr动态存储器中的数据，所述zynq处理平台与所述外部设备连接；其中，所述zynq处理平台包括用于将axi协议的数据与pcie接口传输的数据间相互转换的xdma ip核；所述gpu板卡包括应用app、dma驱动和内存单元，应用app用于控制dma驱动通过pcie接口直接访问ddr动态存储器的数据，并将该数据从ddr动态存储器中拷贝到所述gpu板卡的内存单元中；所述xdma ip核控制所述内存单元向fpga板卡写入数据，所述xdma ip核控制所述内存单元从fpga板卡读取数据。

2.根据权利要求1所述的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，所述zynq处理平台还包括用于将所述xdma ip核输出的数据进行时钟域的转换的fifo ip核、用于实现与外部设备所采集数据互联的axi crossbar ip核、用于控制ddr动态存储器将axi格式的数据写入并转换的mig ip核。

3.根据权利要求2所述的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，所述fifo ip核与所述xdma ip核通过axi接口连接；所述axi crossbar ip核通过axi接口分别与所述fifo ip核和所述外部设备连接；所述mig ip核与所述axi crossbar ip核通过axi接口连接。

4.根据权利要求2或3所述的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，所述外部设备采集的数据通过控制逻辑单元转化成axi协议的数据，然后再经过axicrossbar ip核完成互联。

5.根据权利要求1所述的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，所述外部设备包括摄像头、模拟-数字电压转换器、显示器以及pc计算机。

6.根据权利要求1所述的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，所述gpu板卡是nvidia的嵌入式gpu。

7.根据权利要求1所述的基于gpu和fpga的异构数据采集与处理系统，其特征在于，所述fpga板卡是包含arm处理器的zynq系列fpga。

技术总结
本发明涉及一种基于GPU和FPGA的异构数据采集与处理系统，该系统包括GPU板卡、FPGA板卡和外部设备，FPGA板卡包括ZYNQ处理平台和DDR动态存储器，GPU板卡与ZYNQ处理平台通过PCIE接口连接，ZYNQ处理平台与DDR动态存储器通过存储器接口连接，GPU板卡采用DMA驱动通过PCIE接口直接访问DDR动态存储器中的数据，ZYNQ处理平台与外部设备连接；其中，ZYNQ处理平台包括XDMAIP核；GPU板卡包括应用APP、DMA驱动和内存单元，应用APP用于控制DMA驱动通过PCIE接口直接访问DDR动态存储器的数据，并将该数据从DDR动态存储器中拷贝到GPU板卡的内存单元中；XDMAIP核控制内存单元向FPGA板卡写入数据，XDMAIP核控制内存单元从FPGA板卡读取数据。因此，本发明不仅体积小、功耗低，还能满足功耗低和处理速度的均衡，以及灵活地运用在各种场景上。

技术研发人员：尤喜成,夏灏,杜念通
受保护的技术使用者：成都橙峰科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12