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螺旋锥束CT三维重建FPGA硬件加速系统中PCIE+DMA的设计与实现
资料介绍
本文作为螺旋锥束CT（HCBCT）三维重建的FPGA硬件加速系统的一部分，研究CT机工作站内存和FPGA硬件加速器之间的数据传输通道，选用PCI-Express总线的DMA方式完成投影帧数据从内存到DDR2以及重建后图像数据从DDR2到内存的高速传输，满足硬件加速器运算过程中对于数据传输速度的要求。
本文首先阐述了HCBCT三维重建硬件加速系统的设计目标和设计方案，其中包括系统的构架和工作过程，然后介绍了本文研究的重点PCI-Express DMA控制器的功能。随后根据系统需要深入研究了PCI-Express总线处理层接口协议和处理层数据包的格式。
其次，在全面分析PCI-Express协议和DMA控制器功能的基础上，设计和划分了控制器的整体结构及各子模块。模块的RTL实现过程中主要有两个难点，一是由于PCI-Express协议规定存储器传送不允许跨4KB边界，所以当DMA请求的读写数据跨越存储器的4KB边界时，该如何处理该请求；二是如何将内存中连续读入的投影数据存放到DDR2的非连续地址中。本文对上述难点的解决方案做了详细阐述。
最后，介绍了基于Xilinx公司Virtex-5开发板的FPGA软硬件验证环境，测试结果表明PCI-Express DMA的功能正确，性能达到加速系统的要求，为HCBCT三维重建的整体实时实现提供了良好条件。
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