[发明专利]一种在FPGA上实现的CUDA内核的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在FPGA上实现的CUDA内核的方法，使用FPGA进行科学运算和图像处理领域，特别是涉及一种在FPGA上实现的CUDA内核并行算法的方法。

背景技术

目前，FPGA和GPGPU已经成为科学运算和图像处理的一个重要组成部分，两者均能够提供高度的并行运算性能。在设计和开发流程上，FPGA开发和GPGPU开发有着本质的区别，FPGA开发使用HDL语言VHDL或者Verilog；GPGPU使用Nvidia公司的CUDA语言，且这两种语言无法交替使用。

使用Nvidia公司的CUDA编程模型，可实现高度并行任务的处理，尤其在科学运算和图像分析领域，CUDA编程模型提供了一套通用的科学运算和图像处理的应用程序接口（API）供用户直接调用，使得程序员在应用中轻易完成细粒度和粗粒度并行算法。

HDL语言则是另一种不同与CUDA的计算机语言，HDL语言要求用户对底层数字电路有很强的理论基础和专业知识，编写算法需要熟练的编程基础和数字信号处理基础，开发周期和难度远远大于CUDA编程模型。

最后，GPGPU能效比较低，GPGPU一般少则上百瓦，多则数百瓦，可以达到数TGFlops的浮点能力，而FPAG只需要十几瓦，即可达到与GPGPU相当的浮点能力。在对与功率要求小，且处理能力强的应用场合，如无人系统和便携式工作站，FPGA的优势则会得到很大的体现。

为此，在使用者层面，希望能用简单的方法实现复杂的功能，这里提及一种在FPGA上实现的CUDA内核的方法，从而达到在FPGA上运行具有高度并行运算能力的CUDA内核。

发明内容

本发明的目的为解决背景技术所描述的问题，提供[一种在FPGA上实现的CUDA内核的方法]。

其硬件平台连接为：将安装有Vivado设计开发环境的计算机，通过FPGA仿真器，与FPGA硬件平台相连；本发明选用的FPGA仿真器为Xilinx DLC9G USB 仿真器，其具备Xilinx全系FPGA在线仿真及执行文件下载功能。将该仿真器一端接计算机USB端口，另一端接FPGA JTAG端口。FPGA硬件开发平台选用Xilinx VC707开发平台，FPGA型号为Virtex-7 XC7VX485T。

在上述硬件开发平台之上，开发步骤如下：

（1）在安装有CUDA编程模型的计算机中，找到所需要的并行算法，并提取CUDA开发环境中C/C++并行算法工程文件.cpp以及支持库文件.h。（2）将算法工程文件以及库文件导入至Vivado HDL设计开发环境中（3）根据实际需求，修改和调试算法函数。（4）将调试好的函数以及算法工程文件进行编译和综合，生成RTL文件。（5）将RTL文件导入至顶层Verilog/VHDL设计，进行逻辑综合、生成FPGA可执行文件.bin。（6）通过下载线将可执行文件下载至FPGA运行，完成从CUDA C/C++并行算法到FPGA的移植工作。

其中，对于更具实际需求，修改和调试算法函数包括以下步骤：

（1）根据实际需求，修改CUDA算法接口函数，使其与应用相匹配。（2）将修改后的算法通过仿真命令，在Vivado HDL中进行仿真运行，检查输入值与输出值是否与应用相匹配。（3）将调试后的算法，进行编译和综合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种在FPGA上实现的CUDA内核的方法的流程图；

图中100.CUDAC/C++并行算法代码，图中200.FCUDA编译器，图中300.Vivado HLS 工具，图中400.生成RTL描述语言，图中500.与顶层语言相结合进行综合，生成FPGA可执行文件。

图2为本发明中硬件连接框图；

图中将仿真器2一端接计算机1 USB端口，另一端接FPGA JTAG 4端口。FPGA硬件开发平台3选用Xilinx VC707开发平台，FPGA型号为Virtex-7 XC7VX485T。

具体实施方式