Xilinx PCI Express核总线接口Master DMA设计与实现 处理器, 接口, 产品, 开发, 用户

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Xilinx公司Virtex-5/6/7系列FPGA提供了PCIE的IP核，在核中固化了物理层和数据链路层的相关设计，向用户开放事务层接口，在进行PCI-Express相关设计时，用户只需要配置相关参数来完成物理层和数据链路层的设计，从而只专注于事务层设计与开发，缩短了产品的研发周期。

DMA采用第一方DMA则完全由接口卡上的逻辑电路来完成，与快取内存结合在一起，提高了数据的存取及传输性能。使用Verilog HDL语言编写，实现了处理器内存与用户逻辑之间数据的高效传输。

釆用Xilinx开发板ML555和ML605，进行HOST内存与FPGA之间的数据传输，实际测试中，采用Windows 2000/XP/Win7操作系统，Windriver PCIE驱动，性能指标如下：

x4通道，PCIE Gen1 2.5Gbps/lane：FPGA传输数据到HOST内存的速率稳定后达到0.85GB/s达到理论带宽的85%；HOST内存传输数据到FPGA的速率稳定后达到0.81 GB/s，达到理论带宽的81%。

x8通道，PCIE Gen1 2.5Gbps/lane：FPGA传输数据到HOST内存的速率稳定后达到1.6GB/s达到理论带宽的80%；HOST内存传输数据到FPGA的速率稳定后达到1.5 GB/s，达到理论带宽的75%。

x4通道，PCIE Gen2 5.0Gbps/lane：FPGA传输数据到HOST内存的速率稳定后达到1.65GB/s达到理论带宽的82%；HOST内存传输数据到FPGA的速率稳定后达到1.57 GB/s，达到理论带宽的76%。
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DMA方式硬件结构如图所示，采用自顶向下设计方法，将FPGA内部逻辑划分为7个模块。



(1)PCIE核接口模块：该模块完成与Xilinx PCIE核接口信号的对接及对PCIE核的初始化配置
(2)发送引擎模块：该模块按照PCIE协议将待发送的数据和寄存器信息封装成事务包传输到PCIE核接口模块
(3)接收引擎模块：该模块按照协议将从PCIE核接口模块接收下来的事务包解封装，并根据TLP头标中的信息将数据分流，分别写入接收控制寄存器或是接收FIFO中
(4)DMA控制模块：DMA控制寄存器由中断寄存器、接收控制寄存器和发送控制寄存器构成
(5)输入输出缓存模块：两个独立的FIFO数据通道，一个用于PCIE发送引擎模块到用户逻辑模块传输数据时的缓存(称为发送FIFO)；另一个用于用户逻辑模块到PCIE接收引擎模块传输数据时的缓存(称为接收FIFO)
(6)用户逻辑模块：配置和读取DMA控制寄存器及控制数据的输入输出。用户逻辑通过读取寄存器的值来控制中断和数据的传输
(7)用户接口模块：提供用户简单的数据接口通道和控制信号，屏蔽复杂的控制操作并简化用户操作