基于FPGA的PCIE通信測試

本文介紹一個FPGA開源項目：PCIE通信。該工程圍繞Vivado軟件中提供的PCIE通信IP核XDMA IP建立。Xilinx提供了XDMA的開源驅(qū)動程序，可在Windows系統(tǒng)或者Linux系統(tǒng)下使用，因此采用XDMA IP進行PCIE通信是比較簡單直接的。

本文主要介紹一下XDMA IP核的使用和Vivado工程的源代碼結(jié)構(gòu)。

01軟硬件平臺

• 軟件平臺：Vivado 2017.4;
• 硬件平臺：XC7Z035FFG676-2;

02IP核參數(shù)配置

2.1 XDMA

XDMA (DMA Subsystem for PCI Express) 是Xilinx提供的可用于PCIE2.0，PCIE3.0的SG模式DMA IP核。該IP核可配置AXI4接口或者AXI4-Stream接口，如果配置成AXI4接口，可方便接入AXI總線互聯(lián)，與DDR進行數(shù)據(jù)傳輸。

另外XDMA還提供可選擇的AXI4-Lite Master和AXI4-Lite Slave接口。其中AXI4-Lite Master接口可用于實現(xiàn) PCIE BAR 地址到 AXI4-Lite 寄存器地址的映射，可以用于讀寫用戶邏輯寄存器，AXI4-Lite Slave接口用來將 XDMA 內(nèi)部寄存器開放給用戶邏輯，用戶邏輯可以通過此接口訪問 XDMA 內(nèi)部寄存器。

• Mode：選擇Advanced;
• Lane Width：根據(jù)FPGA硬件型號選擇;
• Max Link Speed：選擇5.0GT/s;
• Reference Clock：100MHZ;
• DMA Interface Option：選擇AXI4接口;
• AXI Data Width：AXI4總線位寬選擇128bits;
• AXI Clock：125MHZ;

PCIE ID配置保持默認選項。

• 選擇PCIE to AXI Lite Master Interface；
• 空間大小根據(jù)實際需要進行選擇；
• PCIE to AXI Translation：BAR地址到AXI地址轉(zhuǎn)換，這里設置為0x8000_0000；

• User Interrupts：用戶中斷配置，根據(jù)實際需求選擇；
• Legacy Interrupt：XDMA支持Legacy中斷；
• 使能MSI中斷；
• Configuration Management Interface不選；

• Number of DMA Read Channel (H2C) 和Number of DMA Write Channel (C2H) ：這里選擇2，即XDMA 可以提供最多兩個獨立的寫通道和兩個獨立的讀通道；
• 其它選項保持默認；

2.2 MIG 7 Series & AXI BRAM Controller

為了測試XDMA IP對AXI4總線以及AXI4-Lite總線讀寫功能，在本工程中添加了BRAM和MIG IP核。其中AXI BRAM Controller IP配置如下，AXI協(xié)議選擇AXI4LITE；MIG選擇AXI4接口掛載到AXI4總線，實現(xiàn)對DDR的讀寫。

03工程源碼結(jié)構(gòu)

下圖為最終搭建好的系統(tǒng)的Block Design。本工程是基于Zynq平臺建立，但實際只用到PL端資源，因此也可方便移植到其它FPGA平臺使用。

地址配置：DDR地址配置從0開始，BRAM配置從0x8000_0000開始，與XDMA中地址映射保持一致。

04實現(xiàn)功能

該Vivado工程主要用于FPGA PCIE 通信基礎(chǔ)功能測試，具體為：上位機端通過PCIE接口實現(xiàn)對FPGA端BAR地址空間以及DMA內(nèi)存地址空間讀寫操作。在此工程基礎(chǔ)上，可在FPGA端訪問DDR等模塊緩存的PCIE數(shù)據(jù)，并進行后續(xù)一系列處理。