一种基于光交换的多FPGA硬件仿真加速系统的制作方法

本发明属于fpga硬件系统，特别是涉及一种基于光交换的多fpga硬件仿真加速系统。

背景技术：

1、在传统技术中，为确保fpga之间通信链路的时延尽可能低，多数采用直连的方式进行通信，如使用同轴电缆或光纤等，然而每次使用都可能需要重新插拔线路，数据交换效率低。

2、随着光通信领域的发展，出现了光交换机(optical switch)技术，这项技术可以直接进行光信号交换，无需经过电光-光电转换，通过利用光交换的技术，在确保低延迟的情况下，实现链路动态重配，不需要重新插拔连接线缆，从而大大提高了数据交换的效率。

3、基于此，提出一种基于光交换的多fpga硬件仿真加速系统。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明提供一种基于光交换的多fpga硬件仿真加速系统。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种基于光交换的多fpga硬件仿真加速系统，包括处理系统、光交换机、信号转换卡和仿真加速器，仿真加速器包括多个电路板卡、多路高速串行收发器，每个电路板卡内放置多个fpga，同一个电路板卡内的多个fpga通过电缆或电路板卡内走线通过lvds接口进行板内直连，不同电路板卡之间的fpga通过光交换机和多路高速串行收发器连接，同一个电路板卡内的多个fpga通过光交换机和高速串行收发器进行板内非直连，通过信号转换卡建立光网络和处理系统之间的通信。

4、优选地，处理系统通过信号转换卡和光交换机与仿真加速器进行数据流交互和控制流交互，处理系统接收用户指令、用户预设参数、用户预设定时和非定时任务、仿真过程中产生的压缩和非压缩数据、仿真过程中的采样和非采样数据，进行分析、计算、匹配、检查、验证、存储、传输、呈现，得到二元的验证结果、匹配结果，解压缩和还原被压缩被采样的数据，恢复数据完整性；控制流包括处理系统控制仿真加速器启动、停止状态，仿真加速器通知处理系统产生的执行过程事件，处理系统对仿真加速器中存储器的读写操作。

5、优选地，处理系统包括在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统，

6、软件仿真系统用于在设定的触发条件下发送数据到光网络和从光网络接收数据信息；数据包括仿真信号数据、控制数据和路由数据；设定的触发条件包括时间触发、事件触发和用户操作；

7、调试系统用于控制和修改软件仿真系统和硬件仿真系统中被仿真对象的数据状态和数值；

8、在线/离线计算系统用于处理来自光网络的原始数据，实时或并行完成之后将原始数据加工为可以由其他第三方系统直接读取的内容；其中，原始数据包括波形采样数据，条件触发数据和内存镜像数据；

9、数据存储系统用于保存仿真镜像、仿真快照、仿真波形。

10、优选地，软件仿真系统包括软件仿真程序、硬件电路验证程序、激励向量产生程序、波形展示程序；调试系统包括：仿真逻辑下载程序、硬件仿真器活动控制程序、仿真框架模块数值读取和修改程序、被测设计数值读取和修改程序；在线/离线计算系统包括：压缩波形恢复程序、快照内信号提取。

11、优选地，在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统在同一个硬件平台上；或

12、在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统在不同的硬件平台上；其中，硬件平台是基于处理器或可编程逻辑器件的。

13、优选地，在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统可通过软件接口、软件协议、硬件接口、硬件协议进行任意通信。

14、优选地，通过信号转换卡建立光网络和计算系统之间的通信，包括：

15、通过一张信号转换卡输出到一个或多个设备从而建立光网络和计算系统之间的通信；或

16、通过多张信号转换卡输出到一个或多个设备从而建立光网络和计算系统之间的通信。

17、优选地，信号转换卡为pci、usb、fmc、gpio协议或接口，用于将gth光信号转换为pcie。

18、优选地，不同电路板卡之间的fpga通过光交换机和所述多路高速串行收发器连接，包括：

19、一个电路板卡的fpga分别通过不同路高速串行收发器连接至光交换机，再通过不同路高速串行收发器连接至另一个电路板卡的fpga。

20、优选地，外设接口可通过额外的光交换机连接到光网络中，或者直接连接与仿真加速器连接的任意一层光交换机上，或者通过电路板上的接口直接连接到任意一个fpga芯片。

21、上述一种基于光交换的多fpga硬件仿真加速系统，采用光交换方式进行fpga之间高速互连比通过光纤直接连接的方式具有更强的灵活性，无需手动插拔光纤，即可完成电路通信的重新配置；光交换延时相对于传统报文交换设备的延时更低，可处理仿真过程中需要单周期到达的信号；具有大带宽的光通信可以更好的采集由硬件仿真器产生的gb级至tb级仿真数据。

技术特征：

1.一种基于光交换的多fpga硬件仿真加速系统，其特征在于，包括处理系统、光交换机、信号转换卡和仿真加速器，仿真加速器包括多个电路板卡、多路高速串行收发器，每个电路板卡内放置多个fpga，同一个电路板卡内的多个fpga通过电缆或电路板卡内走线通过lvds接口进行板内直连，不同电路板卡之间的fpga通过光交换机和多路高速串行收发器连接，同一个电路板卡内的多个fpga通过光交换机和高速串行收发器进行板内非直连，通过信号转换卡建立光网络和处理系统之间的通信。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，处理系统通过信号转换卡和光交换机与仿真加速器进行数据流交互和控制流交互，处理系统接收用户指令、用户预设参数、用户预设定时和非定时任务、仿真过程中产生的压缩和非压缩数据、仿真过程中的采样和非采样数据，进行分析、计算、匹配、检查、验证、存储、传输、呈现，得到二元的验证结果、匹配结果，解压缩和还原被压缩被采样的数据，恢复数据完整性；控制流包括处理系统控制仿真加速器启动、停止状态，仿真加速器通知处理系统产生的执行过程事件，处理系统对仿真加速器中存储器的读写操作。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，处理系统包括在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统，

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，软件仿真系统包括软件仿真程序、硬件电路验证程序、激励向量产生程序、波形展示程序；调试系统包括：仿真逻辑下载程序、硬件仿真器活动控制程序、仿真框架模块数值读取和修改程序、被测设计数值读取和修改程序；在线/离线计算系统包括：压缩波形恢复程序、快照内信号提取。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统在同一个硬件平台上；或

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在线/离线计算系统、软件仿真系统、调试系统和数据存储系统可通过软件接口、软件协议、硬件接口、硬件协议进行任意通信。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，通过信号转换卡建立光网络和计算系统之间的通信，包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，信号转换卡为pci、usb、fmc、gpio协议或接口，用于将gth光信号转换为pcie。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，不同电路板卡之间的fpga通过光交换机和所述多路高速串行收发器连接，包括：

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，外设接口可通过额外的光交换机连接到光网络中，或者直接连接与仿真加速器连接的任意一层光交换机上，或者通过电路板上的接口直接连接到任意一个fpga芯片。

技术总结本发明公开了一种基于光交换的多FPGA硬件仿真加速系统，包括处理系统、光交换机、信号转换卡和仿真加速器，仿真加速器包括多个电路板卡、多路高速串行收发器，每个电路板卡内放置多个FPGA，同一电路板卡内的FPGA通过电缆或电路板卡内走线通过LVDS接口进行板内直连，不同电路板卡间的FPGA通过光交换机和多路高速串行收发器连接，同一电路板卡内的FPGA通过光交换机和高速串行收发器进行板内非直连，通过信号转换卡建立光网络和处理系统之间的通信。具有更强的灵活性，无需手动插拔光纤，即可完成电路通信的重新配置；光交换延时更低，可处理仿真过程中需要单周期到达的信号；具有大带宽的光通信可以更好的采集仿真数据。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：湖南泛联新安信息科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29