基于FPGA的PCIE接口设计(7)

基于FPGA的PCIE接口设计

以上分别为数据的开始段和结束段，从matlab画出的图可以看出，数据位连续的上升的直线，中间没有断点和跳变点，说明数据是连续的线性数，说明在DMA的传输过程中没有丢数和错数的情况发生。 以下表格为不同DMA大小下的系统传输速度。 DMA大小（Bytes） 64K 128K 256K 512K 1M 4M 8 M

度越大。

系统传输速度（Bytes/S） 2M 3.99M 7.9M 14.4M 21M 30.2M 43.6M 由以上表格可以看出，系统的传输速度是和DMA的大小有关的，DMA长度越大，传输速经过以上的测试，可以看出，本文设计的DMA传输系统可以无失真的将FPGA板卡上的

数据通过PCIE插槽传输到计算机中，同时通过调整不同DMA的大小可以达到不同的传输速率。

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基于FPGA的PCIE接口设计

第六章总结与发展

结论与发展

本次毕业设计的研究课题是基于FPGA的PCIE接口的设计，首先了解了关于数据传输总线的发展历史和PCIE数据总线协议相比其他总线协议的优点，其次深入的学习和了解了PCIE总线协议的相关理论，包括PCIE总线的物理层、链路层和事物层，PCIE包体的打包结构，PCIE包的传输机制以及与计算机内存和PCIE有关的即指寄存器的映射和DMA传输的相关知识。在深入学习和了解了相关的理论知识后，设计基于FPGA的PCIE传输的设计。因为使用到了FPGA程序，所以又学习了VHDL和Verilog HDL两种硬件描述语言的基本语法使用，学习了在Xilinx的ISE Design Tools中如何新建工程，编译文件和仿真文件，同时深入的学习和理解了如何调用IP Core并且正确使用。在完成了以上几部理论准备之后，开始设计本次的程序，首先熟读并理解了Xilinx中的PCIEEndPointer IP Core的相关文献，在工程中成功调用该IP Core，并下载进板卡中通过windriver成功识别到PCIE设备并可以对其进行基本的BAR读和BAR写，在以上完成后，设计基于DMA机制的传输系统，需要开发相应的驱动程序，为了缩短程序设计时间和难度，使用windriver生成现成的驱动API程序，基于MFC设计相应的上位机程序框架，最后通过FPGA板进行了设计的验证。设计的DMA传输程序可以高速率、无失真的进行FPGA板卡与计算机内存之间的通信，稳定可靠，适合大 带宽的系统使用，良好的完成了本次毕业设计的任务。

由于时间和水平的有限，设计的程序还存在不足之处，可以在以后的学习中继续完善与改进，比如只实现了由FPGA向计算机的DMA传输，没有设计计算机向FPGA的DMA传输，不能实现FPGA板卡和计算机之间的双向通信，再比如设计的程序优化不到位，传输速度没有带到理论上的传输速度，这些都是日后需要通过不断学习来完善的。随着日益提高的数据量和大带宽传输的需求的提高，未来基于PCIE协议的传输必将成为趋势，所以本次毕业设计还是非常具有实际意义的。

驱动系统的开发过程，是一个整合各方面资源的复杂过程，其中包括操作系统、物理设备和应用程序在内等很多方面。为实现系统功能的有效性，需要开发者协调组织中的软硬件有序高效的共同运转，更要从系统的层面把握各个部分和层级的关系。特别是要灵活的解决实际情况中，驱动程序与硬件接口之间的访问关系问题，以及DMA传输内存缓冲区如何分配和使用的问题。

经过调试和测试的PCIE高速数据传输卡驱动程序和与之相配套的应用程序，在简单传输模式下的持续传输速率可以稳定在110MByte/s之上，而在DMA传输模式下，连续传输速率可以达到600MByte/s。

以FPGA设计的PCIE总线扩展卡，有诸多优点，包括省去了专用PCIE接口芯片，大大降低了组成硬件的成本，从而使硬件的集成度得到提高。同时因为FPGA具有可编程性，设计变得更加灵活，可扩展，同时使系统获得更高性能和更好的升级空间。由PCIE带来的超快的私有数据通道，完美的解决了限制大数据量交换时的瓶颈问题。并且，只需要小小的改动，就可以使这一驱动程序普及到其他基于PCIE接口的数据传输设备上。

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基于FPGA的PCIE接口设计

当让在完成毕设的过程中我也遇到了很多问题，在前四周熟悉VHDL语言及ISE开发环境的过程中，由于基础比较薄弱，在编写简单的计数器程序时，Modelsim仿真过程中没有出现波形，后来发现，我并没有编写Testbench（仿真激励文件），所以没有仿真成功。在编写完程序后，烧录到板卡中，计算机却发现不到新设备，经过多方面的查询资料，得知，需要在FPGA程序中加入UCF约束文件，约束时钟的频率为250mhz即可解决问题。类似的问题还有很多，其实总结起来就是多查询资料，多找一些成功的案例，从中找到启发。

结束语

在此感谢我的毕业设计指导老师卓志海！他对我课题的研究和论文的写作都寄予了很大的帮助。感谢学长张曙泽为我课题的研究提供各项参考资料和实验设备，并付出了大量课余时间耐心指导我。同时感谢本课题小组的其他成员，正是在小组讨论中的思维碰撞让我有了更多的解决问题的思路和方法。最后，我再次表达对以上每一位帮助我的老师及朋友们，最真挚的感谢！是他们的无私帮助和钻研精神鼓舞我完成本次课题的研究，并为我在专业研究的道路上指明了方向！

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参考文献

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