[發明專利]一種計算設備與FPGA間的USB通信方法和通信系統

有效

• 申請號: 201610044469.4
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105786752B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 王韜;李志偉;丁博巖;呂松武
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F13/42
• 分類號: G06F13/42
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

本發明公布了一種計算設備與FPGA間的USB通信方法和通信系統，通過USB總線實際連接計算設備端USB芯片和FPGA端USB芯片；計算設備端USB芯片連接計算設備驅動程序，FPGA端USB芯片連接FPGA通信系統硬件程序；計算設備驅動程序通過通信接口連接計算設備用戶軟件程序，FPGA通信系統硬件程序通過通信接口連接FPGA用戶硬件程序；通過USB總線的實際連接實現計算設備驅動程序與FPGA硬件程序的虛擬連接，進一步實現計算設備用戶軟件程序與FPGA用戶硬件程序的虛擬連接；由此實現通過通信接口連接計算設備和FPGA硬件。本發明能夠提供計算設備與FPGA間高效、可靠、強交互性的數據通信，通用性高。

技術領域

本發明屬于計算機通信領域，涉及FPGA(現場可編程門陣列)，尤其涉及一種高效、可靠、強交互性的計算設備與FPGA間的USB通信方法和通信系統。

背景技術

FPGA(現場可編程門陣列，Field-Programmable Gate Array)是一種可編程的高性能半定制電路器件，隨著芯片技術的發展，FPGA性能不斷提高，功能逐漸完善，也因此被越來越多的開發者和研究人員作為計算機系統中的加速器使用，現有的FPGA雖然為用戶提供了PCIe、萬兆以太網等高速接口，但也同時限制了計算機的機箱尺寸，使用者不得不攜帶大尺寸機箱來完成計算機與FPGA間的通信。計算機與FPGA間高速、便攜、易用的通信成為一種需求。

USB(通用串行總線，Universal Serial Bus)是由USBIF(Universal Serial BusImplement Forum)制定的一套外部總線標準，如今具備USB 3.0規范接口的設備已經大規模商用，可提供高達5Gbps的數據傳輸速率。USB協議具有良好的兼容性，不但對前期協議兼容，對不同主板也具有優秀的兼容性。

文獻1(Usui,Takuma,Ryohei Kobayashi,and Kenji Kise.A Challenge ofPortable and High-Speed FPGA Accelerator.Applied ReconfigurableComputing.Springer International Publishing,2015.383-392)提供一款基于CYUSB3014芯片設計的計算機與FPGA間的USB 3.0通信系統。該系統使用USB連接FPGA與計算機，該系統的傳輸速率尚可，但只為用戶提供了流式數據接口，無法傳輸幀數據，也無法滿足更加多樣化的接口需求，如寄存器讀寫和中斷等。文獻2(Jolfaei,Fatemeh Arbab,etal.High speed USB 2.0interface for FPGA based embedded systems.Embedded andMultimedia Computing,2009.EM-Com 2009.4th International Conference on.IEEE,2009.)提供一款基于CY7C68001芯片設計的計算機與FPGA間的USB 2.0通信系統，由于其僅支持USB 2.0協議，大大限制了該通信系統的傳輸速率，無法滿足如今高速數據傳輸的需求。文獻3(Wojciech M.,et.al.Low cost USB-local bus interface forFPGA based systems.Photonics Applications in Astronomy,Communications,Industry,and High-Energy Physics Experiments 2012.International Society forOptics and Photonics,2012.)提供一款基于FT2232H芯片開發的計算機與FPGA間通信系統，支持幀數據傳輸與寄存器讀寫，為用戶提供了數據、I2C與JTAG接口，可方便用戶進行數據讀寫與調試。該通信系統雖然為用戶提供了多樣化的接口，但傳輸速率很低，且系統工作不穩定。

發明內容