PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)是一种串行扩展总线标准,用于计算机与外围设备之间的高速数据传输。FPGA实现PCIe的原理主要涉及以下几个方面:
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PCIe协议的基本原理和工作机制:PCIe是一种端对端的互连协议,与传统的并行总线标准相比,提供了更低的延迟和更高的数据传输速率。每个设备通过独立的点对点连接与主板相连,避免了共享总线带来的带宽竞争 1。
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硬件实现方案:FPGA实现PCIe的常见方式包括使用带有PCIe硬件接口的控制器、PCIe桥片,或者直接使用FPGA的GTx等硬核来实现PCIe接口 2。
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PCIe总线架构:PCIe总线包括Root Complex(RC)、PCIe Switch和PCIe End Point(EP)。FPGA可以作为EP、Switch或RC实现。PCIe总线层次结构包括事务层、数据链路层和物理层 3。
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PCIe链路训练:在PCIe链路正常工作前,需要进行链路训练,通过Link Training and Status State Machine(LTSSM)状态机实现 3。
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FPGA中的PCIe实现:FPGA支持实现不同版本的PCIe协议(如Gen1、Gen2、Gen3),并支持不同数量的lanes(如x1、x2、x4等)。PCIe硬核使用GTP接口进行数据串行传输 3。
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PCIe配置空间和BAR空间:配置空间用于存储PCIe设备的信息和配置,包括Type 0和Type 1两种头部。BAR(Base Address Register)是基址寄存器,用于指定PCIe的数据空间 4。
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PCIe IP核的使用:Xilinx提供了多种PCIe相关的IP核,如Integrated Block for PCI Express、AXI Memory Mapped to PCI Express和DMA/Bridge Subsystem for PCI Express。这些IP核简化了PCIe的开发流程,提供了AXI接口和DMA传输功能 4。
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开发流程:实现FPGA与PCIe通信需要上位机应用程序、PCIe驱动程序和FPGA子卡端的PCIE逻辑程序。XDMA IP核是实现PCIe通信的关键,它支持DMA传输和BAR方式的寄存器读写操作 5。
通过这些原理和实现方法,FPGA能够高效地实现PCIe接口,满足高速数据传输的需求。 |