计算机应用

作者：喻绪邦, 吴济文, 夏宏, 莫昊, 赵二虎

单位：1.华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 102206；2.中国科学院 计算技术研究所，北京 100190

关键词：PCIe总线,异构计算系统,Scatter-Gather DMA,DMA多通道,图像传输

基金：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023JC007);中国科学院技术支撑人才项目;北航杭州创新研究院钱江实验室开放基金资助项目(2020-Y8-A-023)

近年来随着人工智能（AI）技术的发展，深度学习算法和专用AI处理器芯片已日益广泛地应用于边缘端和物端数据信号处理系统，如何在赋能系统高智能计算能力的同时，实现异构处理器之间高带宽、低延时的数据传输，已成为亟须解决的核心技术之一。因此，设计一种集成寒武纪MLU220芯片、国产飞腾FT2000/4型CPU和Xilinx XC7K325T现场可编程门阵列（FPGA）的嵌入式异构智能计算系统，系统异构处理器之间采用PCIe（Peripheral Component Interconnect express）总线实现高速互联与数据传输。此外，提出一种Linux下的PCIe总线Scatter-Gather DMA（Direct Memory Access）传输优化技术，通过基于双缓冲的预取技术和基于工作队列的中断处理，有效提高CPU与FPGA异构处理器之间的PCIe总线数据传输带宽。系统图像传输测试结果表明，CPU与FPGA异构处理器之间的PCIe2.0 X4总线传输10张2 048×1 024灰度图像数据时，所提系统在DMA双通道上的读写速率分别达到了1 610 MB/s和1 655 MB/s，为PCIe2.0 X4总线理论带宽值的81%和83%，验证了所设计系统的实用性和先进性。

来源：2025年第9期

《计算机应用》期刊编辑部

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