FPGA开发中如何让主机与内核数据存储在不同内存空间

• FPGA属于异构计算设备，和CPU的物理内存硬件上相互独立，不存在默认的共享地址映射，直接访问对方内存会触发总线错误，这是硬件层面的天然限制
• 分离内存可以避免host端的非法操作意外篡改FPGA kernel运行时的寄存器、缓存或者缓冲区数据，降低运行时崩溃、计算结果错误的概率
• 主流FPGA异构开发框架（比如Xilinx Vitis、Intel OpenCL for FPGA）的编程模型本身就要求显式管理两端内存，隐式共享内存的逻辑在这类框架下不被支持，不符合开发规范

• host端的普通指针指向CPU内存地址空间，你需要调用FPGA开发框架提供的内存分配接口（比如Vitis的clCreateBuffer、XRT的xrtBOAlloc）申请FPGA端的内存，这类接口返回的缓冲区句柄或者设备指针，仅用于在host端标识FPGA内存块，不能直接在host侧解引用读写
• 数据传输需要调用框架提供的显式拷贝接口（比如clEnqueueWriteBuffer），在host指针指向的CPU内存和设备指针指向的FPGA内存之间做数据同步
• 所有FPGA kernel的入参都传设备指针，host侧的运算、预处理仅操作host指针指向的CPU内存，两者完全隔离

你原有栈分配数组可以保留作为host侧的数据源，显式转换为指针形式或者改用堆分配指针的示例如下：

// 方案1：对原有栈数组做显式指针转换，访问逻辑完全兼容原有写法
int (*host_array_X_set)[20] = array_X_set; // 指向二维数组的指针
int *host_array_Y_set = array_Y_set;
int (*host_X_train)[20] = X_train;
int *host_Y_train = Y_train;
int (*host_X_test)[20] = X_test;
int *host_Y_test = Y_test;

// 原有赋值逻辑可以保持不变，也可以用上述指针操作
for (int i = 0; i < 5430; i++) {
    for (int j = 0; j < 20; j++)
        host_array_X_set[i][j] = array_X_dataset[i][j];
    host_array_Y_set[i] = array_Y_dataset[i];
}

// 方案2：改用堆分配host指针，避免大数组占用栈空间导致溢出
int (*host_array_X_set)[20] = malloc(sizeof(int) * 5430 * 20);
int *host_array_Y_set = malloc(sizeof(int) * 5430);
int (*host_X_train)[20] = calloc(4344 * 20, sizeof(int)); // calloc自动初始化为0
int *host_Y_train = calloc(4344, sizeof(int));
int (*host_X_test)[20] = calloc(1086 * 20, sizeof(int));
int *host_Y_test = calloc(1086, sizeof(int));

// 赋值、读写逻辑和原写法完全一致，使用完成后需调用free释放堆内存

上述host_前缀的指针仅用于CPU侧操作，FPGA侧的设备指针需要结合你使用的开发框架调用对应API申请，不要和host指针混用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user16767585