计算机应用 ›› 2011, Vol. 31 ›› Issue (09): 2571-2573.DOI: 10.3724/SP.J.1087.2011.02571

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共轭梯度求解器的FPGA设计与实现

宋庆增1,顾军华2   

  1. 1. 河北工业大学 电气工程学院，天津 300401
    2. 河北工业大学 计算机科学与软件学院, 天津 300401
  • 收稿日期:2011-03-21 修回日期:2011-05-16 发布日期:2011-09-01 出版日期:2011-09-01
  • 通讯作者: 宋庆增
  • 作者简介:宋庆增(1980-),男，河北保定人，博士研究生，主要研究方向：智能信息处理、电磁场数值解、可重构计算；
    顾军华(1966-)，男，河北赵县人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向：智能信息处理、电磁场数值解。
  • 基金资助:
    科技人员服务企业行动项目(2009GJA20014)

Design and implementation of conjugate gradient iterative solver on FPGA

SONG Qing-zeng,GU Jun-hua   

  1. School of Electrical Engineering and Automation, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
  • Received:2011-03-21 Revised:2011-05-16 Online:2011-09-01 Published:2011-09-01
  • Contact: SONG Qing-zeng

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摘要： 针对共轭梯度(CG)迭代算法软件执行效率低、实时性差的缺点，提出一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)平台的CG迭代求解器。设计采用软硬件结合的方式构建整个系统，CG协处理器执行CG迭代算法中计算量大、控制简单的代码，以达到硬件加速的目的。控制复杂、计算量较少的代码则依旧在微处理上执行。设计采用行交错数据流，使得整个系统完全无停顿的运行，提高了计算性能。实验结果表明，与软件执行相比，硬件CG协处理器可以获得最高5.7倍的性能加速。

关键词: 可重构计算, 稀疏线性方程组, 现场可编程逻辑门阵列, 共轭梯度法, 行交错数据流

Abstract: To overcome the disadvantage of inefficient and bad real-time capability in software version Conjugate Gradient (CG) iterative solver, a CG iterative solver was designed and implemented on Field Programmable Gate Array (FPGA) platform. The design of CG iterative solver was based on hardware/software co-design. Hardware CG co-processor implemented the code of enormous computation and simple control, which could accelerate the system. The code of control complexity and less calculation was still performed in the microprocessor. The use of row-interleaved data flow could make the system not to stall to improve performance. The experimental results illustrate that hardware CG iterative solver can speed up about 5.7 times over the software version of the same algorithm.

Key words: reconfigurable computing, sparse linear equations, Field Programmable Gate Array (FPGA), conjugate gradient algorithm, row-interleaved data flow

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