本發(fā)明屬于fpga硬件系統(tǒng)，特別是涉及一種基于光交換的多fpga硬件仿真加速系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)技術(shù)中，為確保fpga之間通信鏈路的時(shí)延盡可能低，多數(shù)采用直連的方式進(jìn)行通信，如使用同軸電纜或光纖等，然而每次使用都可能需要重新插拔線路，數(shù)據(jù)交換效率低。

2、隨著光通信領(lǐng)域的發(fā)展，出現(xiàn)了光交換機(jī)(optical?switch)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以直接進(jìn)行光信號(hào)交換，無需經(jīng)過電光-光電轉(zhuǎn)換，通過利用光交換的技術(shù)，在確保低延遲的情況下，實(shí)現(xiàn)鏈路動(dòng)態(tài)重配，不需要重新插拔連接線纜，從而大大提高了數(shù)據(jù)交換的效率。

3、基于此，提出一種基于光交換的多fpga硬件仿真加速系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于光交換的多fpga硬件仿真加速系統(tǒng)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于光交換的多fpga硬件仿真加速系統(tǒng)，包括處理系統(tǒng)、光交換機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換卡和仿真加速器，仿真加速器包括多個(gè)電路板卡、多路高速串行收發(fā)器，每個(gè)電路板卡內(nèi)放置多個(gè)fpga，同一個(gè)電路板卡內(nèi)的多個(gè)fpga通過電纜或電路板卡內(nèi)走線通過lvds接口進(jìn)行板內(nèi)直連，不同電路板卡之間的fpga通過光交換機(jī)和多路高速串行收發(fā)器連接，同一個(gè)電路板卡內(nèi)的多個(gè)fpga通過光交換機(jī)和高速串行收發(fā)器進(jìn)行板內(nèi)非直連，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡建立光網(wǎng)絡(luò)和處理系統(tǒng)之間的通信。

4、優(yōu)選地，處理系統(tǒng)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡和光交換機(jī)與仿真加速器進(jìn)行數(shù)據(jù)流交互和控制流交互，處理系統(tǒng)接收用戶指令、用戶預(yù)設(shè)參數(shù)、用戶預(yù)設(shè)定時(shí)和非定時(shí)任務(wù)、仿真過程中產(chǎn)生的壓縮和非壓縮數(shù)據(jù)、仿真過程中的采樣和非采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計(jì)算、匹配、檢查、驗(yàn)證、存儲(chǔ)、傳輸、呈現(xiàn)，得到二元的驗(yàn)證結(jié)果、匹配結(jié)果，解壓縮和還原被壓縮被采樣的數(shù)據(jù)，恢復(fù)數(shù)據(jù)完整性；控制流包括處理系統(tǒng)控制仿真加速器啟動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)，仿真加速器通知處理系統(tǒng)產(chǎn)生的執(zhí)行過程事件，處理系統(tǒng)對(duì)仿真加速器中存儲(chǔ)器的讀寫操作。

5、優(yōu)選地，處理系統(tǒng)包括在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，

6、軟件仿真系統(tǒng)用于在設(shè)定的觸發(fā)條件下發(fā)送數(shù)據(jù)到光網(wǎng)絡(luò)和從光網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)信息；數(shù)據(jù)包括仿真信號(hào)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和路由數(shù)據(jù)；設(shè)定的觸發(fā)條件包括時(shí)間觸發(fā)、事件觸發(fā)和用戶操作；

7、調(diào)試系統(tǒng)用于控制和修改軟件仿真系統(tǒng)和硬件仿真系統(tǒng)中被仿真對(duì)象的數(shù)據(jù)狀態(tài)和數(shù)值；

8、在線/離線計(jì)算系統(tǒng)用于處理來自光網(wǎng)絡(luò)的原始數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)或并行完成之后將原始數(shù)據(jù)加工為可以由其他第三方系統(tǒng)直接讀取的內(nèi)容；其中，原始數(shù)據(jù)包括波形采樣數(shù)據(jù)，條件觸發(fā)數(shù)據(jù)和內(nèi)存鏡像數(shù)據(jù)；

9、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)用于保存仿真鏡像、仿真快照、仿真波形。

10、優(yōu)選地，軟件仿真系統(tǒng)包括軟件仿真程序、硬件電路驗(yàn)證程序、激勵(lì)向量產(chǎn)生程序、波形展示程序；調(diào)試系統(tǒng)包括：仿真邏輯下載程序、硬件仿真器活動(dòng)控制程序、仿真框架模塊數(shù)值讀取和修改程序、被測(cè)設(shè)計(jì)數(shù)值讀取和修改程序；在線/離線計(jì)算系統(tǒng)包括：壓縮波形恢復(fù)程序、快照內(nèi)信號(hào)提取。

11、優(yōu)選地，在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)在同一個(gè)硬件平臺(tái)上；或

12、在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)在不同的硬件平臺(tái)上；其中，硬件平臺(tái)是基于處理器或可編程邏輯器件的。

13、優(yōu)選地，在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)可通過軟件接口、軟件協(xié)議、硬件接口、硬件協(xié)議進(jìn)行任意通信。

14、優(yōu)選地，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡建立光網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算系統(tǒng)之間的通信，包括：

15、通過一張信號(hào)轉(zhuǎn)換卡輸出到一個(gè)或多個(gè)設(shè)備從而建立光網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算系統(tǒng)之間的通信；或

16、通過多張信號(hào)轉(zhuǎn)換卡輸出到一個(gè)或多個(gè)設(shè)備從而建立光網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算系統(tǒng)之間的通信。

17、優(yōu)選地，信號(hào)轉(zhuǎn)換卡為pci、usb、fmc、gpio協(xié)議或接口，用于將gth光信號(hào)轉(zhuǎn)換為pcie。

18、優(yōu)選地，不同電路板卡之間的fpga通過光交換機(jī)和所述多路高速串行收發(fā)器連接，包括：

19、一個(gè)電路板卡的fpga分別通過不同路高速串行收發(fā)器連接至光交換機(jī)，再通過不同路高速串行收發(fā)器連接至另一個(gè)電路板卡的fpga。

20、優(yōu)選地，外設(shè)接口可通過額外的光交換機(jī)連接到光網(wǎng)絡(luò)中，或者直接連接與仿真加速器連接的任意一層光交換機(jī)上，或者通過電路板上的接口直接連接到任意一個(gè)fpga芯片。

21、上述一種基于光交換的多fpga硬件仿真加速系統(tǒng)，采用光交換方式進(jìn)行fpga之間高速互連比通過光纖直接連接的方式具有更強(qiáng)的靈活性，無需手動(dòng)插拔光纖，即可完成電路通信的重新配置；光交換延時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)報(bào)文交換設(shè)備的延時(shí)更低，可處理仿真過程中需要單周期到達(dá)的信號(hào)；具有大帶寬的光通信可以更好的采集由硬件仿真器產(chǎn)生的gb級(jí)至tb級(jí)仿真數(shù)據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種基于光交換的多fpga硬件仿真加速系統(tǒng)，其特征在于，包括處理系統(tǒng)、光交換機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換卡和仿真加速器，仿真加速器包括多個(gè)電路板卡、多路高速串行收發(fā)器，每個(gè)電路板卡內(nèi)放置多個(gè)fpga，同一個(gè)電路板卡內(nèi)的多個(gè)fpga通過電纜或電路板卡內(nèi)走線通過lvds接口進(jìn)行板內(nèi)直連，不同電路板卡之間的fpga通過光交換機(jī)和多路高速串行收發(fā)器連接，同一個(gè)電路板卡內(nèi)的多個(gè)fpga通過光交換機(jī)和高速串行收發(fā)器進(jìn)行板內(nèi)非直連，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡建立光網(wǎng)絡(luò)和處理系統(tǒng)之間的通信。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，處理系統(tǒng)通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡和光交換機(jī)與仿真加速器進(jìn)行數(shù)據(jù)流交互和控制流交互，處理系統(tǒng)接收用戶指令、用戶預(yù)設(shè)參數(shù)、用戶預(yù)設(shè)定時(shí)和非定時(shí)任務(wù)、仿真過程中產(chǎn)生的壓縮和非壓縮數(shù)據(jù)、仿真過程中的采樣和非采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計(jì)算、匹配、檢查、驗(yàn)證、存儲(chǔ)、傳輸、呈現(xiàn)，得到二元的驗(yàn)證結(jié)果、匹配結(jié)果，解壓縮和還原被壓縮被采樣的數(shù)據(jù)，恢復(fù)數(shù)據(jù)完整性；控制流包括處理系統(tǒng)控制仿真加速器啟動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)，仿真加速器通知處理系統(tǒng)產(chǎn)生的執(zhí)行過程事件，處理系統(tǒng)對(duì)仿真加速器中存儲(chǔ)器的讀寫操作。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，處理系統(tǒng)包括在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，軟件仿真系統(tǒng)包括軟件仿真程序、硬件電路驗(yàn)證程序、激勵(lì)向量產(chǎn)生程序、波形展示程序；調(diào)試系統(tǒng)包括：仿真邏輯下載程序、硬件仿真器活動(dòng)控制程序、仿真框架模塊數(shù)值讀取和修改程序、被測(cè)設(shè)計(jì)數(shù)值讀取和修改程序；在線/離線計(jì)算系統(tǒng)包括：壓縮波形恢復(fù)程序、快照內(nèi)信號(hào)提取。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)在同一個(gè)硬件平臺(tái)上；或

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，在線/離線計(jì)算系統(tǒng)、軟件仿真系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)可通過軟件接口、軟件協(xié)議、硬件接口、硬件協(xié)議進(jìn)行任意通信。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡建立光網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算系統(tǒng)之間的通信，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，信號(hào)轉(zhuǎn)換卡為pci、usb、fmc、gpio協(xié)議或接口，用于將gth光信號(hào)轉(zhuǎn)換為pcie。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，不同電路板卡之間的fpga通過光交換機(jī)和所述多路高速串行收發(fā)器連接，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，外設(shè)接口可通過額外的光交換機(jī)連接到光網(wǎng)絡(luò)中，或者直接連接與仿真加速器連接的任意一層光交換機(jī)上，或者通過電路板上的接口直接連接到任意一個(gè)fpga芯片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于光交換的多FPGA硬件仿真加速系統(tǒng)，包括處理系統(tǒng)、光交換機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換卡和仿真加速器，仿真加速器包括多個(gè)電路板卡、多路高速串行收發(fā)器，每個(gè)電路板卡內(nèi)放置多個(gè)FPGA，同一電路板卡內(nèi)的FPGA通過電纜或電路板卡內(nèi)走線通過LVDS接口進(jìn)行板內(nèi)直連，不同電路板卡間的FPGA通過光交換機(jī)和多路高速串行收發(fā)器連接，同一電路板卡內(nèi)的FPGA通過光交換機(jī)和高速串行收發(fā)器進(jìn)行板內(nèi)非直連，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換卡建立光網(wǎng)絡(luò)和處理系統(tǒng)之間的通信。具有更強(qiáng)的靈活性，無需手動(dòng)插拔光纖，即可完成電路通信的重新配置；光交換延時(shí)更低，可處理仿真過程中需要單周期到達(dá)的信號(hào)；具有大帶寬的光通信可以更好的采集仿真數(shù)據(jù)。

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技術(shù)公布日：2024/9/29