基于PCI Express总线架构的FPGA数据处理卡制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于PCI Express总线架构的FPGA数据处理卡，包括1片PCIE SWITCH桥芯片和多个节点模块；节点模块为高配版FPGA；还包括一片低配版FPGA；PCIE SWITCH桥芯片通过PCIE高速串行接口和每个节点模块互相连接；PCIE SWITCH桥芯片通过PCIE总线接口与低配版FPGA互相连接；低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有两组DDR4SDRAM颗粒。本实用新型专利技术在高性能计算方面具备卓越的性能。其FPGA具有强大的GTX高速收发器，最高可支持16.3Gbps线速率，具备百万门级的逻辑资源，适合大规模逻辑运算。

FPGA data processing card based on PCI Express bus architecture

The utility model discloses a FPGA data processing card based on the PCI Express bus architecture, including 1 PCIE SWITCH bridge chips and multiple node modules; the node module is a high version FPGA; it also includes a low version of the FPGA; PCIE SWITCH bridge chips are connected to each node through PCIE high speed serial interface and each node module; PCIE SWITCH The bridge chip is interconnected with the low edition FPGA through the PCIE bus interface, and two sets of DDR4SDRAM particles are connected to the low edition FPGA and each high edition FPGA. The utility model has excellent performance in high performance computing. Its FPGA has a powerful GTX high-speed transceiver, which can support 16.3Gbps line rate and has millions of gate level logic resources, which is suitable for large-scale logic operations.

【技术实现步骤摘要】
基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡
本技术涉及本技术涉及FPGA数据处理卡，具体涉及一种基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡。
技术介绍
数据采集系统是信号与信息处理系统的重要组成部分，随着信息技术和高速互联技术的飞速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，数字信号处理的速度和精度也越来越高，高速数据采集卡的重要性日益凸显。在现有技术中，数据处理卡大多只能以低速传输数据，不能满足数据处理的需求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术公开了一种基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡。本技术的技术方案如下：一种基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡，包括1片PCIESWITCH桥芯片和多个节点模块；所述节点模块为高配版FPGA，所述高配版FPGA是指Xilinx的KintexUltraSale系列FPGA或Intel的Arria10GX系列FPGA；还包括一片低配版FPGA，所述低配版FPGA是指Xilinx的Spartan-6LXT系列FPGA或Intel的CYCLONEVSG系列FPGA；所述PCIESWITCH桥芯片通过PCIE高速串行接口和每个节点模块互相连接；所述PCIESWITCH桥芯片通过PCIE总线接口与低配版FPGA互相连接；低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有多个DDR4SDRAM颗粒。其进一步的技术方案为，PCIESWITCH桥芯片和各个节点模块之间还通过CondignIO接口互相连接，传输数据初始化信号。其进一步的技术方案为，多个DDR4SDRAM颗粒通过Fly-by拓扑结构构成一组64位的DDR4SDRAM缓存单元。其进一步的技术方案为，低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有一个FLASH芯片，存储有初始化数据。其进一步的技术方案为，所述PCIESWITCH桥芯片通过GEN3.0PCIE×16高速串行接口与服务器相连接。其进一步的技术方案为，所述PCIESWITCH桥芯片通过GEN3.0PCIE×8高速串行接口和每个节点模块互相连接；所述PCIESWITCH桥芯片通过GEN1.0PCIE×1总线接口和低配版的FPGA相连接。其进一步的技术方案为，数据处理卡还包括2个独立的全局时钟网络；第一全局时钟网络为频率是100MHz的LVDS差分时钟网络，用于数据处理卡的PCIE接口；第二全局时钟网络为频率是200MHz的LVDS差分时钟网络，用于高配版FPGA。本技术的有益技术效果是：本技术公开了一种基于PCIExpress总线架构的高性能FPGA数据处理卡，采样底板加节点模块的结构方式(通过高速连接器互连)，其中节点模块上芯片采用Xilinx的高性能20nm工艺的UltraSaleFPGA系列FPGA，或Intel的高性能20nm工艺的Arria10系列FPGA作为运算节点。该系列FPGA通过对资源，接口、时钟等优化，在高性能计算方面，具备卓越的性能。该系列的FPGA具有强大的GTX高速收发器，最高可支持16.3Gbps(17.4Gbps)线速率，具备百万门级的逻辑资源，适合大规模逻辑运算。附图说明图1是本技术的结构图。具体实施方式本技术涉及一种基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡。PCI(PeripheralComponentInterconnect，外部设备互连总线)Express是一种新一代的总线接口，可简写为PICE。本技术包括1片PCIESWITCH桥芯片。还包括底板和安装在底板上的多个节点模块。PCIESWITCH桥芯片通过GEN3.0PCIE×16高速串行接口(GEN3.0模式、PICE、16位的高速串行接口；下文的接口型号均做类似解释)与服务器相连接。PCIESWITCH桥芯片主要完成数据处理卡和服务器之间的数据传输工作，服务器通过GEN3.0PCIE×16的高速接口，把数据下发到PCIESWITCH桥芯片，PCIESWITCH桥芯片对数据进行分包后，再下发到各个节点模块。节点模块为高配版FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)。PCIESWITCH桥芯片通过GEN3.0PCIE×8高速串行接口和每个节点模块互相连接。高配版FPGA主要负责对PCIESWITCH桥芯片分解过来的任务模块进行并行运算，其内部配置不同的算法，可以实现不同的功能。高配版FPGA具体是指Xilinx的KintexUltraSale系列FPGA，或Intel的Arria10GX系列FPGA。还包括一片低配版FPGA。PCIESWITCH桥芯片通过GEN1.0PCIE×1总线接口和低配版FPGA互相连接。低配版FPGA具体是指Xilinx的Spartan-6LXT系列FPGA，或Intel的CYCLONEVSG系列FPGA。数据处理卡还具备高宽带大容量的动态缓存作为储存模块。低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有多个DDR4SDRAM颗粒。多个DDR4SDRAM颗粒，通过Fly-by拓扑结构构成一组64位的DDR4缓存单元，其中数据速率可以达到2400M*64bps，DDR4SDRAM效率可以达到90％以上。低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有一个FLASH芯片，里面存储了部分初始化数据，在板卡上电后对其对应的FPGA芯片进行初始化配置，是FPGA可以正常工作。PCIESWITCH桥芯片和各个节点模块之间还通过ConfigIO接口互相连接，传输数据初始化信号。低配版FPGA通过低速的IO控制信号，负责对高配版FPGA进行初始化工作。数据处理卡种的数据包括自身的初始化数据和业务数据。数据处理卡自身的初始化数据流向为：服务器下发数据到PCIESWITCH桥芯片，桥芯片通过GEN1.0PCIE×1通道传输到低配版FPGA，然后通过低速的ConfigIO传输到高配版FPGA。数据处理卡的业务数据流向为：服务器下发数据到PCIESWITCH桥芯片，通过PCIESWITCH桥芯片分发到各个高配版FPGA，在高配版FPGA中进行并行的高速度的运算，最终通过原路返回结果到服务器。数据处理卡还包括2个独立的具有2个独立的低偏斜、高精度的全局时钟网络。第一全局时钟网络为频率是100MHz的LVDS差分时钟网络，用于数据处理卡的PCIE接口；第二全局时钟网络为频率是200MHz的LVDS差分时钟网络，用于用于高配版FPGA，作为参考时钟；数据处理卡通过电源采样外部独立接口供电。以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本技术不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本技术的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PCI Express总线架构的FPGA数据处理卡，其特征在于：包括1片PCIE SWITCH桥芯片和多个节点模块；所述节点模块为高配版FPGA，所述高配版FPGA是指Xilinx的Kintex UltraSale系列FPGA或Intel的Arria 10GX系列FPGA；还包括一片低配版FPGA，所述低配版FPGA是指Xilinx的Spartan‑6LXT系列FPGA或Intel的CYCLONE V SG系列FPGA；所述PCIE SWITCH桥芯片通过PCIE高速串行接口和每个节点模块互相连接；所述PCIE SWITCH桥芯片通过PCIE总线接口与低配版FPGA互相连接；低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有多个DDR4SDRAM颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡，其特征在于：包括1片PCIESWITCH桥芯片和多个节点模块；所述节点模块为高配版FPGA，所述高配版FPGA是指Xilinx的KintexUltraSale系列FPGA或Intel的Arria10GX系列FPGA；还包括一片低配版FPGA，所述低配版FPGA是指Xilinx的Spartan-6LXT系列FPGA或Intel的CYCLONEVSG系列FPGA；所述PCIESWITCH桥芯片通过PCIE高速串行接口和每个节点模块互相连接；所述PCIESWITCH桥芯片通过PCIE总线接口与低配版FPGA互相连接；低配版FPGA和每个高配版FPGA上均连接有多个DDR4SDRAM颗粒。2.如权利要求1所述的基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡，其特征在于，PCIESWITCH桥芯片和各个节点模块之间还通过CondignIO接口互相连接，传输数据初始化信号。3.如权利要求1所述的基于PCIExpress总线架构的FPGA数据处理卡，其特征在于，多个DDR4SDRAM颗粒通过Fly-by...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆新伟，
申请(专利权)人：无锡十月中宸科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32