[發明專利]基于Linux系統實現外設數據高速傳輸與處理的方法

在審

• 申請號: 201710064387.0
• 申請日: 2017-02-04
• 公開（公告）號: CN107066395A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 宋振;王文斌;黃毅然
• 申請（專利權）人: 上海市共進通信技術有限公司
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08;H04L1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 王潔,鄭暄

技術領域

本發明涉及數據采集領域，尤其Linux系統中的數據采集領域，具體是指一種基于Linux系統實現外設數據高速傳輸與處理的方法。

背景技術

隨著時代的發展，科技的進步，在數據采集方面，特別是基因測序方面，對計算機外設的數據的高速傳輸與處理提出了新的要求。目前常規的辦法已無法滿足科研需求。

目前在Linux下對計算機外設數據的高速傳輸與處理有三種通用方法。

用DSP技術：外設將數據采集到后放入DSP(Digital Signal Process)模塊進行預處理，使數據變小，然后再將數據通過DMA(Direct Memory Access)方式傳入內核。內核再做進一步處理或將數據通過拷貝的方式送入應用層。這種方式無法保證采集數據的完整性，無法在硬件層對數據做復雜處理。

用FPGA+DSP技術：所述FPGA即為Field－Programmable Gate Array，且外設將采集到的數據先經過FPGA做定制化處理后，再將數據傳入DSP，做進一步的處理，然后將數據通過DMA技術加中斷的方式將數據送入內核，內核再做進一步處理或將數據通過拷貝的方式送入應用層。這種方式，效率較高，成本也非常高。

FGPG處理：在外設模塊的FPGA中加一個FIFO。先將采集的數據放入FIFO中做緩存，待FGPG將數據逐步送入內核后，再做下一次傳輸。此方法無法實現快速實時采集與處理。

MSI中斷即為Message Signaled Interrupt，MSI出現在PCI 2.2和PCIE接口的規范中，是一種內部中斷信號機制。傳統的中斷都有專門的中斷PIN，當中斷信號產生時，中斷PIN電平產生變化(一般是拉低)。INTx就是傳統的外部中斷觸發機制，它使用專門的通道來產生控制信息。然而PCIE并沒有多根獨立的中斷PIN，它使用特殊的信號來模擬中斷PIN的置位和復位。MSI允許設備向一段指定的MMIO(Memory mapping I/O即內存映射)地址空間寫一小段數據，然后chipset以此產生相應的中斷給CPU。

發明內容

本發明的目的是提供一種解決目前Linux系統中外設數據傳輸速率不夠高、處理不夠快、被傳輸的數據完整度無法保證的問題的基于Linux系統實現外設數據高速傳輸與處理的方法。

為了實現上述目的，本發明的基于Linux系統實現外設數據高速傳輸與處理的方法具體如下：

該基于Linux系統實現外設數據高速傳輸與處理的方法，其主要特點是，Linux系統包括Linux內核、GPU、CPU和內存，所述的Linux內核包括一KGPU模塊，且該Linux系統通過外設的接口連接所述的外設，該接口具有塊式DMA傳輸能力和MSI虛擬中斷能力，所述的外設設置有現場可編程門陣列FPGA，且所述的方法包括以下步驟：

(1)Linux系統對其物理內存以及其連接的外設進行初始化；

(2)所述的外設采集數據并通知所述的現場可編程門陣列FPGA對采集到的數據進行預處理；

(3)所述的現場可編程門陣列FPGA完成對接收到的數據的預處理，并將預處理后的數據通過塊式DMA傳輸加MSI中斷的方式發送給Linux系統；

(4)Linux系統中的CPU接收到該MSI中斷，并通知所述的GPU對該Linux系統接收到的數據進行相應處理；

(5)所述的GPU完成數據的轉換處理，并通知所述的CPU，由Linux內核進一步處理經GPU轉換處理的數據，或由Linux系統的應用層直接處理經過GPU轉換處理的數據。

較佳地，所述的FPGA的接口為一PCIE接口。

較佳地，所述的步驟(1)中Linux系統對該Linux系統連接的外設進行初始化具體為：

Linux系統對設置有現場可編程門陣列FPGA的外設進行初始化，并通過所述的接口將該外設進行DMA傳輸的物理目的地址發送給所述的外設。

較佳地，所述的步驟(3)中現場可編程門陣列FPGA完成對接收到的數據的預處理，并將預處理后的數據通過塊式DMA傳輸加MSI中斷的方式發送給Linux系統具體為：

所述的現場可編程門陣列FPGA將經預處理后的數據通過DMA傳輸加MSI中斷的方式發送給Linux系統中的內存。

較佳地，所述的步驟(4)中CPU接收到該MSI中斷，并通知所述的GPU對該Linux系統接收到的數據進行相應處理具體為：