[发明专利]一种基于FPGA的多任务处理系统及方法

说明书

本发明提供一种基于FPGA的多任务处理系统及方法，所述系统包括：FPGA芯片、主机和PCIE接口，PCIE接口连接FPGA芯片和主机，并在FPGA芯片与主机之间构建多个虚拟通道；FPGA芯片包括：DMA模块、通道任务分配器、任务处理器及通道任务收集器；DMA模块通过多个虚拟通道与主机进行数据交换，并对不同虚拟通道读/写请求按照预定的优先级关系进行控制；通道任务分配器用于接收各个虚拟通道的数据包并将其分配给任务处理器；任务处理器用于处理各虚拟通道中的数据包；通道任务收集器用于收集任务处理器处理过的数据包并将其按照预定的规则分配至对应的虚拟通道。本发明通过构建多个虚拟通道能够有效提高数据传输效率，同时，解决了传统单通道易出现数据拥塞的问题。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于FPGA的多任务处理系统及方法。

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上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

PCIE(peripheral component interconnect express)作为一种高速数据传输总线和接口标准，通常用于连接FPGA与主机处理器，由于PCIE本身不支持多通道数据传输和处理，当系统中有大量任务需要传输处理时，单通道数据传输容易造成数据拥塞的现象，并且DMA在读/写数据时是依序进行的，不利于对数据传输和处理的分级管理。另外，如果有大量的某任务数据占据数据流的前端，则只有将该任务数据传输完成后，才能传输其它任务的数据，容易造成FPGA中的部分处理单元处于闲置状态，资源利用率不高。

发明内容：

本发明针对上述问题，有必要提供一种基于FPGA的多任务处理系统及方法，支持多通道数据传输，实现对多任务数据的快速、有序的传输及处理。

本发明第一方面提出一种基于FPGA的多任务处理系统，包括：FPGA芯片、主机和PCIE接口，所述PCIE接口连接FPGA芯片和主机，并在FPGA芯片与主机之间构建多个虚拟通道；

所述FPGA芯片，包括：DMA模块、通道任务分配器、任务处理器及通道任务收集器；

所述DMA模块，通过多个虚拟通道与所述主机进行数据交换，并对不同虚拟通道读/写请求按照预定的优先级关系进行控制；

所述通道任务分配器，用于接收各个虚拟通道的数据包并将其分配给任务处理器；

所述任务处理器，包括多个处理单元，多个处理单元分别接收由所述通道任务分配器分配得到的数据包并进行处理；

所述通道任务收集器，用于收集任务处理器处理过的数据包并将其按照预定的规则分配至对应的虚拟通道。

进一步的，所述主机包括：多个主机发送缓冲区和多个主机接收缓冲区，且多个主机发送缓冲区、多个主机接收缓冲区及多个虚拟通道一一对应；

多个主机发送缓冲区，分别用于缓存待传输至FPGA芯片未处理的数据包；

多个主机接收缓冲区，分别用于接收经由FPGA芯片处理过的数据包。

进一步的，所述FPGA芯片还包括：多个虚拟通道命令字FIFO，且多个虚拟通道命令字FIFO与多个虚拟通道、多个主机发送缓冲区一一对应；

多个虚拟通道命令字FIFO，分别用于指示DMA模块在对应的主机发送缓冲区中是否存在需要传输的数据包。

进一步的，所述FPGA芯片还包括：多个FPGA接收缓冲区和多个FPGA发送缓冲区，且多个FPGA接收缓冲区、多个FPGA发送缓冲区及多个虚拟通道一一对应；