基于fpga的pcie設(shè)計(jì)

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1、基于FPGA的PCIe設(shè)計(jì)1.PCIe簡介1.1.PCIe基本架構(gòu)PCIe的優(yōu)勢以其復(fù)雜性為代價(jià)。PCIe是基于分組的串行連接協(xié)議，估計(jì)比PCI并行總線復(fù)雜10倍以上。這種復(fù)雜性部分源于在千兆赫速率所要求的并行到串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)向基于分組的實(shí)現(xiàn)。PCIe保持了PCI基于加載存儲的基本架構(gòu)，包括對PCI-X增加的對分割事務(wù)的支持。此外，它引進(jìn)了一系列底層信息傳送要件來管理鏈接（如鏈路層流量控制）以模仿傳統(tǒng)并行總線的邊帶線，且提供了更高水平的robustness和功能。該規(guī)范定義了許多特性、能同時(shí)支持當(dāng)今

2、的需求和未來的擴(kuò)展需要，且同時(shí)與PCI保持了軟件兼容。PCIExpress的先進(jìn)特性包括：主動電源管理；先進(jìn)的錯(cuò)誤報(bào)告；通過端對端循環(huán)冗余校驗(yàn)（ECRC）支持的端對端的可靠性；支持熱插拔以及服務(wù)質(zhì)量（QoS）流通類。一個(gè)簡化系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括四個(gè)功能類型，根聯(lián)合體根聯(lián)合體(rootcomplex)、交換器(switch)、端點(diǎn)(multipleEndpoints)和橋(bridge)。1.ROOTComplex：根聯(lián)合體對整個(gè)PCIe建構(gòu)實(shí)施初始化并配置各鏈路。它通常把中央處理單元(CPU)與其它三個(gè)功能

3、中的一或多個(gè)——PCIe交換器、PCIe端點(diǎn)和PCIe到PCI橋——連接起來；2.Endpoint：端點(diǎn)通常位于終端應(yīng)用內(nèi)，它負(fù)責(zé)連接應(yīng)用與系統(tǒng)內(nèi)的PCIe網(wǎng)絡(luò)。端點(diǎn)要求并完成PCIe事務(wù)傳輸。一般來說，系統(tǒng)內(nèi)的端點(diǎn)比任何其他類型的PCIe部件都要多；(1)LegacyEndpoint；(2)PCIExpressEndpoint；(3)RootComplexIntegratedEndpoint；1.Switch：PCIe交換器把數(shù)據(jù)路由至下游多個(gè)PCIe端口，并分別從其中每個(gè)端口路由到上游唯一一個(gè)根聯(lián)合體

4、。PCIe交換器也可以靈活地把數(shù)據(jù)從一個(gè)下游端口路由到另一個(gè)下游端口(點(diǎn)對點(diǎn))，它消除了傳統(tǒng)PCI系統(tǒng)限制性的樹狀結(jié)構(gòu)；2.RootComplexEventCollector；3.PCIExpress-PCIBridge：橋用于連接PCIe與系統(tǒng)內(nèi)諸如PCI/PCI-X等其他PCI總線標(biāo)準(zhǔn)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)采用上述各總線架構(gòu)；1.1.PCIe協(xié)議規(guī)格PCIe規(guī)范對于設(shè)備的設(shè)計(jì)采用分層的結(jié)構(gòu)，有事務(wù)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，各層有都分為發(fā)送和接收兩功能塊。在設(shè)備的發(fā)送部分，首先根據(jù)來自設(shè)備核和應(yīng)用程序的信息

5、，在事務(wù)層形成事務(wù)層包（TLP），儲存在發(fā)送緩沖器里，等待推向下層；在數(shù)據(jù)鏈路層，在TLP包上再串接一些附加信息，這些信息是對方接收TLP包時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查要用到的；在物理層，對TLP包進(jìn)行編碼，占用鏈路中的可用通道，從發(fā)送器發(fā)送出去。事務(wù)層包（TLP），數(shù)據(jù)鏈路層包（DLLP），物理層（PLP）產(chǎn)生于各自所在層，最后通過電或光等介質(zhì)和另一方通訊。這其中數(shù)據(jù)鏈路層包（DLLP），物理層（PLP）的包不需要關(guān)心，在PCIeHIP核中封裝好了。在FPGA上做PCIe的功能就是完成事務(wù)層包（TLP）的處理。1.1

6、.處理層(TransactionLayer)處理層接收來自PCIe設(shè)備應(yīng)用的數(shù)據(jù)，并將其封裝為TLP(TransactionLayerPacket)后，發(fā)向數(shù)據(jù)鏈路層。此外事務(wù)層還可以從數(shù)據(jù)鏈路層中接收數(shù)據(jù)報(bào)文，然后轉(zhuǎn)發(fā)至PCIe設(shè)備的核心層。處理層在應(yīng)用層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，來產(chǎn)生和接收傳輸層的包。處理層包括：發(fā)送數(shù)據(jù)路徑，配置空間和接收路徑。接收數(shù)據(jù)流程：1）收到從數(shù)據(jù)鏈路層來的TLP；2）配置空間用來確定處理層的包是否正確；3）在每個(gè)虛擬通道，處理層的包被存在接收buffer中一個(gè)特定的部分(由收發(fā)類

7、型確定：posted,non-posted,completion)；4）處理層packetFIFO塊用來存儲buffer傳輸層包的地址；發(fā)送數(shù)據(jù)流程：1）MegaCore通過tx_cred[35:0]來給應(yīng)用層提供信息；2）應(yīng)用層會請求傳輸層給它包，此時(shí)應(yīng)用層需要提供提供PCIExpress傳輸字頭在tx_desc[127:0]中，已經(jīng)數(shù)據(jù)在tx_data[63:0]中；3）Megacore會確認(rèn)suffiicientflowcontrolcredits，并確定是相應(yīng)還是延遲請求；4）處理層仲裁各虛擬通道

8、，然后選擇優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)鏈路層；1.1.1.處理層結(jié)構(gòu)1.1.2.TLP報(bào)文TLP有三部分組成，幀頭、數(shù)據(jù)、摘要（或者稱ECRC）。TLP頭標(biāo)長3或者4個(gè)DWORD，格式和內(nèi)容隨報(bào)文類型變化，如下圖所示。lFmt[1:0]–FormatofTLP–bits6:5ofbyte0;lType[4:0]–TypeofTLP–bits4:0ofbyte0;lTC[2:0]–TrafficClass–bits[6:4]ofbyte