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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2018.tde-13122018-134548
Document
Author
Full name
Tiago Amaro Martins
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2017
Supervisor
Committee
Schiabel, Homero (President)
Tannus, Alberto
Torre Neto, André
Title in Portuguese
Utilização de um framework PCI Express® em um espectrômetro digital de ressonância magnética
Keywords in Portuguese
Espectrômetro digital
FPGA
PCI Express
Ressonância magnética
Abstract in Portuguese
O foco central desse trabalho é a utilização e aprimoramento de um framework Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express®) para a comunicação de dados em um Espectrômetro Digital de Ressonância Magnética (Digital Magnetic Resonance Spectrometer – DMRS) utilizando o conceito de Field-Programmable Gate Array (FPGA). Esse trabalho foi desenvolvido para servir como base de comunicação para o Espectrômetro Digital de Ressonância Magnética do Centro de Imagens e Espectroscopia in vivo por Ressonância Magnética (CIERMag) devido ao requerimento de altas taxas de transferência dos dados adquiridos. A integração dessa nova comunicação, entre o software e o hardware do espectrômetro, mantém compatibilidade com as interfaces já existentes possibilitando a execução de todas as sequências desenvolvidas sem nenhuma alteração. A incorporação da comunicação PCI Express provê uma solução com um número menor de etapas por transferência em comparação com a comunicação Ethernet. Com isso é possível aumentar o desempenho do sistema e obter taxas de transferência mais elevadas. Para isso, foram feitas mudanças no hardware de forma a torná-lo mais eficiente, reduzindo o número de ciclos de clock por operação e também a quantidade de lógica sintetizada. Além disso, a latência do software durante as transferências também foi reduzida através da utilização de interrupções Message Signaled Interrupt (MSI) e do método Scatter and Gather usado para reduzir a quantidade de cópias de dados na memória principal do computador. Dessa forma, obteve-se, como resultados reais, uma taxa de transferência efetiva (throughput) de 97% do valor máximo da banda possível do barramento PCI Express.
Title in English
Utilization of a PCI Express® framework in a digital magnetic resonance spectrometer
Keywords in English
Digital spectrometer
FPGA
Magnetic resonance
PCI Express
Abstract in English
The central focus of this work is the implementation and use of a Peripheral Component Interconnect Express (PCI Express®) framework for data communication on a Digital Magnetic Resonance Spectrometer (DMRS) using the concept of Field-Programmable Gate Array (FPGA). This work is being developed to serve as a communication basis for the magnetic resonance Digital Spectrometer of the Centro de Imagens e Espectroscopia in vivo por Ressonância Magnética (CIERMag) due to demand of high transfer rates of acquired data. The integration of this new communication, between spectrometer software and hardware, keeps compatibility with existing interfaces, making it possible to execute all developed magnetic resonance sequences without any change. The incorporation of PCI Express communication provides solution with a lower number of steps per transfer when compared to Ethernet communication. By this means it's possible to increase system performance and, as result, have higher transfer rates. To accomplish that, the number of clock cycles per operation was reduced, so was the synthesized logic. Furthermore, software latency for data transfer was also reduced consequence of MSI interruption implementation and the use of Scatter and Gather method to remove data movement across the computer main memory. Therefore, it was obtained, as measured real result, a throughput value of 97% the theoretical maximum value for the hardware.
 
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Tiago.pdf (2.15 Mbytes)
Publishing Date
2018-12-13
 
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