CN116827888A - 一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统，预设若干个FPGA开发板和FPGA外设板，将若干个FPGA开发板与FPGA外设板通过交换网络连接，将若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板以及交换网络分别与控制服务器连接；根据工程需求分别从若干个FPGA开发板和FPGA外设板中选取目标FPGA开发板和目标FPGA外设板，通过控制服务器对目标FPGA开发板、目标FPGA外设板和交换网络进行路由配置，得到交换路由信息；目标FPGA开发板和目标FPGA外设板通过交换网络根据交换路由信息实现数据的指向发送与接收。该方法无需更换板卡或者转接卡，可满足云平台的池化技术需求。

Description

一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统

技术领域

本发明涉及集成电路微电子技术领域，尤其是涉及一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统。

背景技术

当前FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)开发板或者多FPGA平台的外部接入设备的接入方式主要有两种：即将外部接入设备的接口直接设置于FPGA开发板上或者采用转接卡将FPGA开发板与外部接入设备连接。以上两种外部接入设备的接入方式均需要根据设计需求提前选择合适的FPGA开发板或者接入对应的转接卡来满足外部接入设备的接入需要，均为定制化的服务策略，无法满足对外部接入设备灵活调配，进行云平台相关的池化技术需求。

发明内容

针对当前业内对于FPGA的接口一般采用通用接口加转接卡的模式，导致FPGA板卡成本高，无法适用所有接口类型这一技术问题，本发明将外部接入设备通过接口与FPGA系统连接，信号通过接口交换，可以从外部接入设备到FPGA，也可以从FGPA到外部接入设备，可以解决该问题同时灵活配置接口，而不用频繁更换转接卡。

本发明的目的在于提供一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统。

一种基于交换架构的外设接口调度方法，包括如下步骤：

S1、预设若干个FPGA开发板和FPGA外设板，将若干个FPGA开发板与若干个FPGA外设板的专用交换接口通过交换网络连接，将若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板、交换网络分别与控制服务器连接；

S2、根据工程需求分别从若干个FPGA开发板和FPGA外设板中选取目标FPGA开发板和目标FPGA外设板，通过控制服务器对目标FPGA开发板、目标FPGA外设板和交换网络进行路由配置，得到交换路由信息；

S3、目标FPGA开发板和目标FPGA外设板通过交换网络根据交换路由信息实现数据的指向发送与接收。

优选地，S2中通过控制服务器对目标FPGA开发板和目标FPGA外设板进行路由配置，具体包括：

S21、根据外设接口预设一组对应的IP，一组对应的IP包括外设接口IP和交换接口IP；

S22、将交换接口IP设置在目标FPGA开发板上；

S23、在目标FPGA外设板上设置与交换接口IP对应的外设接口IP，在目标FPGA外设板上烧录带有交换接口IP的位流；

S24、控制服务器根据交换接口IP、外设接口IP以及位流为目标FPGA开发板和目标FPGA外设板进行路由配置。

优选地，S2中交换路由信息包括路由表和路由ID。

优选地，S3具体包括：

S31、通过高频采样技术从连接在目标FPGA外设板的外设接口上的外部接入设备获取原始输入信号，通过目标FPGA外设板将原始输入信号转换为传输数据；

S32、将传输数据通过交换网络根据交换路由配置信息传输到目标FPGA开发板；

S33、目标FPGA开发板接收传输数据并将其还原为原始输入信号，实现对原始输入信号的接收。

一种基于交换架构的外设接口调度系统，包括：若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板、交换网路以及控制服务器，若干个FPGA开发板与若干个FPGA外设板的交换接口通过交换网络连接，若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板以及交换网路分别与控制服务器连接；

控制服务器用于对若干个FPGA开发板和FPGA外设板进行路由配置，得到交换路由信息；

若干个FPGA外设板用于通过设置于其上的外设接口从接入的外部设备处获取输入信号，并将输入信号转换为传输数据；

交换网路用于将传输数据通过交换路由信息转发至对应的FPGA开发板；

若干个FPGA开发板用于接收各自对应的传输数据，并将传输数据还原为输入信号。

优选地，交换网络为高速专有网络。

上述一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统，通过预设若干个FPGA外设板、若干个FPGA开发板，将若干个FPGA外设板和FPGA开发板通过交换网络连接，将若干个FPGA外设板、若干个FPGA开发板以及交换网络分别与控制服务器连接，根据工程需求从若干个FPGA外设板和若干个FPGA开发板分别选取目标FPGA外设板和目标FPGA开发板并进行组网，通过控制服务器对目标FPGA外设板和目标FPGA开发板适配路由信息，目标FPGA开发板通过交换网络根据路由信息实现对目标FPGA外设板上的外设接口的灵活调配，无需更换板卡或者转接卡，满足了云平台的池化技术需求。

附图说明

图1是本发明一实施例中一种基于交换架构的外设接口调度方法的流程图；

图2是本发明一实施例中一种基于交换架构的外设接口调度系统的系统架构示意图；

图3是本发明一实施例中基于交换架构的外设接口可配置调度过程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

一种基于交换架构的外设接口调度方法，包括如下步骤：

S1、预设若干个FPGA开发板和FPGA外设板，将若干个FPGA开发板与若干个FPGA外设板的专用交换接口通过交换网络连接，将若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板、交换网络分别与控制服务器连接；

S2、根据工程需求分别从若干个FPGA开发板和FPGA外设板中选取目标FPGA开发板和目标FPGA外设板，通过控制服务器对目标FPGA开发板、目标FPGA外设板和交换网络进行路由配置，得到交换路由信息；

S3、目标FPGA开发板和目标FPGA外设板通过交换网络根据交换路由信息实现数据的指向发送与接收。

具体地，参见图1和图2，图1为本发明一实施例中一种基于交换架构的外设接口调度方法的流程图，图2为本发明一实施例中一种基于交换架构的外设接口调度系统的系统架构示意图。

首先预设若干个FPGA开发板和FPGA外设板，图2中示出了两个FPGA开发板：FPGA3和FPGA4，两个FPGA外设板：FPGA1和FPGA2，FPGA1、FPGA2、FPGA3和FPGA4上均设有专用交换接口，将开发板FPGA1和FPGA2与外设板FPGA3和FPGA4通过专用交换接口与交换网络连接；将开发板FPGA1和FPGA2、外设板FPGA3和FPGA4以及交换网络分别与控制服务器连接，得到由控制服务器分别指向开发板FPGA1、开发板FPGA2、外设板FPGA3、外设板FPGA4以及交换网络的控制链路，控制服务器通过控制链路配置交换路由信息；

然后根据工程需求从预设的若干个FPGA开发板和FPGA外设板中选取目标FPGA开发板和目标FPGA外设板，例如选取FPGA3开发板作为目标FPGA开发板，选取FPGA1外设板作为目标FPGA外设板，通过控制服务器对FPGA3开发板和FPGA1外设板进行路由配置，得到交换路由信息；

FPGA3开发板和FPGA1外设板通过交换网络根据交换路由信息实现数据的指向发送与接收。

在一个实施例中，S2中通过控制服务器对目标FPGA开发板和目标FPGA外设板进行路由配置，具体包括：

S21、根据外设接口预设一组对应的IP，一组对应的IP包括外设接口IP和交换接口IP；

S22、将交换接口IP设置在目标FPGA开发板上；

S23、在目标FPGA外设板上设置与交换接口IP对应的外设接口IP，在目标FPGA外设板上烧录带有交换接口IP的位流；

S24、控制服务器根据交换接口IP、外设接口IP以及位流为目标FPGA开发板和目标FPGA外设板进行路由配置。

在一个实施例中，S2中交换路由信息包括路由表和路由ID。

具体地，从若干个FPGA开发板和若干个FPGA外设板中选取出目标FPGA开发板和目标FPGA外设板，目标FPGA开发板和目标FPGA外设板可以分别是一个或多个。参见图2，可根据某一个工程需要将FPGA3作为目标FPGA开发板，然后选取FPGA1作为目标FPGA外设板，也可以根据另外一个工程需要将外设板FGPA1和FPGA2作为目标FPGA外设板，将FPGA3和FGPA4作为目标FPGA开发板。

根据外设接口预设一组对应的IP(IntellectualProperty，在本申请中是指用于FPGA中的预先设计好的电路功能模块，用于对外设板生成位流，一般会将设计模块导出成可配置的标准模块，业内一般将预设的一组对应的设计模块称为IP)，包括外设接口IP和交换接口IP，将交换接口IP设置在目标FPGA开发板上，将外设接口IP设置于目标FPGA外设板上，并在目标FPGA外设板上烧录带有交换接口IP的位流，即将带有交换接口IP的位数据流文件加载到FPGA外设板上的FPGA芯片中；

控制服务器根据外设接口IP、交换接口IP以及位流进行路由配置，得到交换路由信息(例如路由表和路由ID)，交换网络根据交换路由信息实现对目标FPGA开发板对应的目标FPGA外设板上的外设接口的灵活配置。例如，经过控制服务器的路由配置，将FPGA1上的外设接口0、交换网络、FPGA3进行组网，实现数据的定向传递；将FGPA1的外设接口3、FPGA2的外设接口2、交换网路、FPGA3和FGPA4进行组网，实现数据的定向传递。

在一个实施例中，S3具体包括：

S31、通过高频采样技术从连接在目标FPGA外设板的外设接口上的外部接入设备获取原始输入信号，通过目标FPGA外设板将原始输入信号转换为传输数据；

S32、将传输数据通过交换网络根据交换路由配置信息传输到目标FPGA开发板；

S33、目标FPGA开发板接收传输数据并将其还原为原始输入信号，实现对原始输入信号的接收。

具体地，参见图3，图3为本发明一实施例中基于交换架构的外设接口可配置调度过程示意图。

某一个FPGA工程项目需要使用FPGA3开发板，同时需要使用FPGA1外设板上的外设接口1，通过控制服务器配置，使得信号在FPGA3开发板和FPGA1外设板上的外设接口1之间交换，具体过程如下：

在工程所需的左侧开发板FPGA3上设置交换接口IP，在右侧外设板FPGA1设置与交换接口IP对应的外设接口IP，同时对右侧外设板FPGA1烧录带有对应交换接口IP的位流，使工程所需的外设端口(对应图3中右侧外设板FPGA1上的接口1)在左侧开发板FPGA3中体现为虚拟端口VP0，通过该方法进行设置，不用实际将外设接入该开发板FPGA3，可实现根据工程需求应用灵活调配外设板上的外设端口。

通过上述设置以后，信号可以从外部接入设备定向传递至目标FPGA开发板，也可从目标FPGA开发板定向传递至外部接入设备。

当信号从外部接入设备定向传递至目标FPGA开发板时，通过设置于目标FPGA外设板内部的时钟模块生成高频采样时钟在目标FPGA外设板上的外设接口(对应图3中外设板FPGA1上的接口1)处采样，将连接在接口1处的外部设备的输入信号转换为传输数据(也就是交换报文)，将传输数据通过高带宽低延迟的交换网络根据交换路由信息传输到目标FPGA开发板上相应的虚拟端口(对应图3中开发板FPGA3上的虚拟端口VP0)，再恢复成对应的输入信号并输出，整个过程中，输入信号的频率，相互间的相位、数值(高低电平状态)均保持不变。

当信号从目标FPGA开发板定向传递至外部接入设备时，目标开发板FPGA3上VP0的输出信号通过IP高频采样转换为传输数据，将传输数据通过高带宽低延迟的交换网络根据交换路由信息传输到目标外设板FPGA1上对应的接口1，再恢复成对应的输出信号并输出。

通过路由配置，使FPGA开发板上的虚拟端口VP与FPGA外设板上的外设接口相对应，具体是目标开发板FPGA3上VP0与目标外设板FPGA1上的接口1对应，实现信号的定向收发，即信号在传递过程中不会传递到其他接口，且其他接口的信号不会干扰该信号的传递，确保传输正确，且不会导致信息泄露。

一种基于交换架构的外设接口调度系统，包括若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板、交换网路以及控制服务器，若干个FPGA开发板与若干个FPGA外设板的交换接口通过交换网络连接，若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板以及交换网路分别与控制服务器连接；

控制服务器用于对若干个FPGA开发板和FPGA外设板进行路由配置，得到交换路由信息；

若干个FPGA外设板用于通过设置于其上的外设接口从接入的外部设备处获取输入信号，并将输入信号转换为传输数据；

交换网路用于将传输数据通过交换路由信息转发至对应的FPGA开发板；

若干个FPGA开发板用于接收各自对应的传输数据，并将传输数据还原为输入信号。

具体地，参见图2，图2为本发明一实施例中一种基于交换架构的外设接口调度系统的系统架构示意图。

预设两类FPGA，一种是价格相对便宜的FPGA外设板(例如FPGA1和FPGA2)，可提供较为丰富的接口，一种是价格较贵，拥有较高资源，接口数量有限的FPGA开发板(例如FPGA3和FPGA4)，可为FPGA外设板提供内部资源；FPGA1和FPGA2，FPGA3和FPGA4上均设有专用交换接口，将开发板FPGA1和FPGA2与外设板FPGA3和FPGA4通过专用交换接口与交换网络连接，将开发板FPGA1和FPGA2、外设板FPGA3和FPGA4以及交换网络分别与控制服务器连接；根据FPGA工程需要求，从FPGA外设板、FPGA开发板中分别选取目标FPGA外设板、目标FPGA开发板，将目标FPGA外设板、目标FPGA开发板和交换网络进行组网，通过控制服务器进行路由配置，得到交换路由信息，交换网络根据交换路由信息来灵活调配目标FPGA外设板上不同的外设接口(对应图2中的除了交换接口以外的接口)，实现数据在目标FPGA开发板上的虚拟端口与目标FPGA外设板上的外设接口之间的定向发送与接收。可根据FPGA工程需求实现对目标FPGA外设板上不同外设接口的灵活配置，若需求发生变化，只需改变交换网络的接口配置，从而变更FPGA外设板与FPGA开发板之间的数据通路的配置，不用专用板卡或者临时更换转接卡，并且可实现不同的FPGA工程之间相互独立，互不干扰。

交换网络需要满足高带宽、低延迟的要求，比如交换网络可以是高速专有网络，该高速专有网络由若干个高速交换机搭建而成，也可以使用其他交换设备，如PCIE交换机、交叉开关、总线控制器等。

上述一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统，通过预设若干个FPGA外设板、若干个FPGA开发板，将若干个FPGA外设板和FPGA开发板通过交换网络连接，将若干个FPGA外设板、若干个FPGA开发板以及交换网络分别与控制服务器连接，根据工程需求从若干个FPGA外设板和若干个FPGA开发板分别选取目标FPGA外设板和目标FPGA开发板并进行组网，通过控制服务器对目标FPGA外设板和目标FPGA开发板适配路由信息，目标FPGA开发板通过交换网络根据路由信息实现对目标FPGA外设板上的外设接口的灵活调配，无需更换板卡或者转接卡，满足了云平台的池化技术需求。

以上对本发明所提供的一种基于交换架构的外设接口调度方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于交换架构的外设接口调度方法，其特征在于，所述方法包括如下：

S1、预设若干个FPGA开发板和FPGA外设板，将若干个所述FPGA开发板与若干个所述FPGA外设板的专用交换接口通过交换网络连接，将若干个所述FPGA开发板、若干个所述FPGA外设板、所述交换网络分别与控制服务器连接；

S2、根据工程需求分别从若干个所述FPGA开发板和所述FPGA外设板中选取目标FPGA开发板和目标FPGA外设板，通过所述控制服务器对所述目标FPGA开发板、所述目标FPGA外设板和所述交换网络进行路由配置，得到交换路由信息；

S3、所述目标FPGA开发板和目标FPGA外设板通过所述交换网络根据所述交换路由信息实现数据的指向发送与接收。

2.如权利要求1所述的基于交换架构的外设接口调度方法，其特征在于，S2中通过所述控制服务器对所述目标FPGA开发板和目标FPGA外设板进行路由配置，具体包括：

S21、根据外设接口预设一组对应的IP，一组所述对应的IP包括外设接口IP和交换接口IP；

S22、将所述交换接口IP设置在所述目标FPGA开发板上；

S23、在所述目标FPGA外设板上设置与所述交换接口IP对应的外设接口IP，在所述目标FPGA外设板上烧录带有所述交换接口IP的位流；

S24、所述控制服务器根据所述交换接口IP、外设接口IP以及位流为所述目标FPGA开发板和目标FPGA外设板进行路由配置。

3.如权利要求2所述的基于交换架构的外设接口调度方法，其特征在于，S2中所述交换路由信息包括路由表和路由ID。

4.如权利要求3所述的基于交换架构的外设接口调度方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S31、通过高频采样技术从连接在所述目标FPGA外设板的外设接口上的外部接入设备获取原始输入信号，通过所述目标FPGA外设板将所述原始输入信号转换为传输数据；

S32、将所述传输数据通过所述交换网络根据所述交换路由配置信息传输到所述目标FPGA开发板；

S33、所述目标FPGA开发板接收所述传输数据并将其还原为所述原始输入信号，实现对所述原始输入信号的接收。

5.一种基于交换架构的外设接口调度系统，其特征在于，采用如权利要求1至4中任一项所述的基于交换架构的外设接口调度方法进行调度，所述系统包括：若干个FPGA开发板、若干个FPGA外设板、交换网路以及控制服务器，若干个所述FPGA开发板与若干个所述FPGA外设板的交换接口通过所述交换网络连接，若干个所述FPGA开发板、若干个所述FPGA外设板以及所述交换网路分别与所述控制服务器连接；

所述控制服务器用于对若干个所述FPGA开发板和FPGA外设板进行路由配置，得到交换路由信息；

若干个所述FPGA外设板用于通过设置于其上的外设接口从接入的外部设备处获取输入信号，并将所述输入信号转换为传输数据；

所述交换网路用于将所述传输数据通过交换路由信息转发至对应的FPGA开发板；

若干个所述FPGA开发板用于接收各自对应的传输数据，并将所述传输数据还原为所述输入信号。

6.如权利要求5所述的基于交换架构的外设接口调度系统，其特征在于，所述交换网络为高速专有网络。