Plataforma FPGA PCI Express para aplicaciones Big Data

Abstract

Este Trabajo Fin de Máster está formado por dos partes fundamentales. La primera se centra en la implementación del bus de comunicaciones PCI Express para facilitar una comunicación rápida, eficaz y eficiente entre la placa de prototipado FPGA y el host controlador del sistema. Obteniendo así una plataforma FPGA que utiliza PCI Express como interfaz de datos. La segunda se centra en el desarrollo de un clasificador de datos apto para aplicaciones de Big Data, permitiendo trabajar con datos en tiempo real. Por ello, se procede a la combinación de ambas partes en un sistema de procesamiento para Big Data, aunque se permite que el diseño pueda ser reutilizado para otros tipos de aplicaciones (DPI, CEP, …). La implementación del sistema se ha realizado sobre la placa de desarrollo de Xilinx ZC706. Inicialmente, se describe el bus de comunicaciones PCI Express, con todas las particularidades que lo caracterizan y su funcionamiento. De esta manera, se tiene una visión clara de las amplias bases que cubre y los beneficios que aporta a un sistema. A continuación, se explica el bloque utilizado para su implementación, RIFFA. Se tratan sus características principales y su arquitectura, para posteriormente proceder a su implementación y los pasos necesarios para adaptarlo a la FPGA utilizada. También, se realiza un breve estudio de los diferentes clasificadores estudiados, los cuales pueden ser implementados en diferentes aplicaciones Big Data, haciendo especial hincapié en el seleccionado para el desarrollo de este proyecto. El clasificador escogido se basa en el algoritmo de bitonic sorting, del cual se muestra su arquitectura y los cambios realizados para su posterior implementación sobre la FPGA. Finalmente, se realiza la implementación del sistema completo sobre la FPGA, incluyendo el bus de comunicaciones PCI Express y el clasificador de bitonic sorting, incluyendo las fases de verificación y validación del sistema. Como conclusión, se puede observar que se consiguen elevadas tasas de transmisión de datos gracias a la implementación del bus de comunicaciones PCI Express a través de RIFFA y se obtiene un sistema completo apto para aplicaciones de Big Data. El sistema es capaz de trabajar en tiempo real y con elevadas tasas de transmisión, obteniendo un sistema funcional, fiable y efectivo.