[发明专利]基于Linux系统实现外设数据高速传输与处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集领域，尤其Linux系统中的数据采集领域，具体是指一种基于Linux系统实现外设数据高速传输与处理的方法。

背景技术

随着时代的发展，科技的进步，在数据采集方面，特别是基因测序方面，对计算机外设的数据的高速传输与处理提出了新的要求。目前常规的办法已无法满足科研需求。

目前在Linux下对计算机外设数据的高速传输与处理有三种通用方法。

用DSP技术：外设将数据采集到后放入DSP(Digital Signal Process)模块进行预处理，使数据变小，然后再将数据通过DMA(Direct Memory Access)方式传入内核。内核再做进一步处理或将数据通过拷贝的方式送入应用层。这种方式无法保证采集数据的完整性，无法在硬件层对数据做复杂处理。

用FPGA+DSP技术：所述FPGA即为Field－Programmable Gate Array，且外设将采集到的数据先经过FPGA做定制化处理后，再将数据传入DSP，做进一步的处理，然后将数据通过DMA技术加中断的方式将数据送入内核，内核再做进一步处理或将数据通过拷贝的方式送入应用层。这种方式，效率较高，成本也非常高。

FGPG处理：在外设模块的FPGA中加一个FIFO。先将采集的数据放入FIFO中做缓存，待FGPG将数据逐步送入内核后，再做下一次传输。此方法无法实现快速实时采集与处理。

MSI中断即为Message Signaled Interrupt，MSI出现在PCI 2.2和PCIE接口的规范中，是一种内部中断信号机制。传统的中断都有专门的中断PIN，当中断信号产生时，中断PIN电平产生变化(一般是拉低)。INTx就是传统的外部中断触发机制，它使用专门的通道来产生控制信息。然而PCIE并没有多根独立的中断PIN，它使用特殊的信号来模拟中断PIN的置位和复位。MSI允许设备向一段指定的MMIO(Memory mapping I/O即内存映射)地址空间写一小段数据，然后chipset以此产生相应的中断给CPU。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决目前Linux系统中外设数据传输速率不够高、处理不够快、被传输的数据完整度无法保证的问题的基于Linux系统实现外设数据高速传输与处理的方法。

为了实现上述目的，本发明的基于Linux系统实现外设数据高速传输与处理的方法具体如下：

该基于Linux系统实现外设数据高速传输与处理的方法，其主要特点是，Linux系统包括Linux内核、GPU、CPU和内存，所述的Linux内核包括一KGPU模块，且该Linux系统通过外设的接口连接所述的外设，该接口具有块式DMA传输能力和MSI虚拟中断能力，所述的外设设置有现场可编程门阵列FPGA，且所述的方法包括以下步骤：

(1)Linux系统对其物理内存以及其连接的外设进行初始化；

(2)所述的外设采集数据并通知所述的现场可编程门阵列FPGA对采集到的数据进行预处理；

(3)所述的现场可编程门阵列FPGA完成对接收到的数据的预处理，并将预处理后的数据通过块式DMA传输加MSI中断的方式发送给Linux系统；

(4)Linux系统中的CPU接收到该MSI中断，并通知所述的GPU对该Linux系统接收到的数据进行相应处理；

(5)所述的GPU完成数据的转换处理，并通知所述的CPU，由Linux内核进一步处理经GPU转换处理的数据，或由Linux系统的应用层直接处理经过GPU转换处理的数据。

较佳地，所述的FPGA的接口为一PCIE接口。

较佳地，所述的步骤(1)中Linux系统对该Linux系统连接的外设进行初始化具体为：

Linux系统对设置有现场可编程门阵列FPGA的外设进行初始化，并通过所述的接口将该外设进行DMA传输的物理目的地址发送给所述的外设。

较佳地，所述的步骤(3)中现场可编程门阵列FPGA完成对接收到的数据的预处理，并将预处理后的数据通过块式DMA传输加MSI中断的方式发送给Linux系统具体为：

所述的现场可编程门阵列FPGA将经预处理后的数据通过DMA传输加MSI中断的方式发送给Linux系统中的内存。

较佳地，所述的步骤(4)中CPU接收到该MSI中断，并通知所述的GPU对该Linux系统接收到的数据进行相应处理具体为：