基于FPGA的PCIE通信测试

本文介绍一个FPGA开源项目：PCIE通信。该工程围绕Vivado软件中提供的PCIE通信IP核XDMA IP建立。Xilinx提供了XDMA的开源驱动程序，可在Windows系统或者Linux系统下使用，因此采用XDMA IP进行PCIE通信是比较简单直接的。

本文主要介绍一下XDMA IP核的使用和Vivado工程的源代码结构。

01软硬件平台

• 软件平台：Vivado 2017.4;
• 硬件平台：XC7Z035FFG676-2;

02IP核参数配置

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。该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总线互联，与DDR进行数据传输。

另外XDMA还提供可选择的AXI4-Lite Master和AXI4-Lite Slave接口。其中AXI4-Lite Master接口可用于实现 PCIE BAR 地址到 AXI4-Lite 寄存器地址的映射，可以用于读写用户逻辑寄存器，AXI4-Lite Slave接口用来将 XDMA 内部寄存器开放给用户逻辑，用户逻辑可以通过此接口访问 XDMA 内部寄存器。

• Mode：选择Advanced;
• Lane Width：根据FPGA硬件型号选择;
• Max Link Speed：选择5.0GT/s;
• Reference Clock：100MHZ;
• DMA Interface Option：选择AXI4接口;
• AXI Data Width：AXI4总线位宽选择128bits;
• AXI Clock：125MHZ;

PCIE ID配置保持默认选项。

• 选择PCIE to AXI Lite Master Interface；
• 空间大小根据实际需要进行选择；
• PCIE to AXI Translation：BAR地址到AXI地址转换，这里设置为0x8000_0000；

• User Interrupts：用户中断配置，根据实际需求选择；
• Legacy Interrupt：XDMA支持Legacy中断；
• 使能MSI中断；
• Configuration Management Interface不选；

• Number of DMA Read Channel (H2C) 和Number of DMA Write Channel (C2H) ：这里选择2，即XDMA 可以提供最多两个独立的写通道和两个独立的读通道；
• 其它选项保持默认；

2.2 MIG 7 Series & AXI BRAM Controller

为了测试XDMA IP对AXI4总线以及AXI4-Lite总线读写功能，在本工程中添加了BRAM和MIG IP核。其中AXI BRAM Controller IP配置如下，AXI协议选择AXI4LITE；MIG选择AXI4接口挂载到AXI4总线，实现对DDR的读写。

03工程源码结构

下图为最终搭建好的系统的Block Design。本工程是基于Zynq平台建立，但实际只用到PL端资源，因此也可方便移植到其它FPGA平台使用。

地址配置：DDR地址配置从0开始，BRAM配置从0x8000_0000开始，与XDMA中地址映射保持一致。

04实现功能

该Vivado工程主要用于FPGA PCIE 通信基础功能测试，具体为：上位机端通过PCIE接口实现对FPGA端BAR地址空间以及DMA内存地址空间读写操作。在此工程基础上，可在FPGA端访问DDR等模块缓存的PCIE数据，并进行后续一系列处理。