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引言：本文對Xilinx 7 Series Intergrated Block for PCI Express PCIe硬核IP進行簡要介紹，主要包括7系列FPGA PCIe硬核資源支持、三IP硬核差異、PCIe硬核資源利用等相關內(nèi)容。

1. 概述

1.1 7系列FPGA PCIe硬件資源支持

7系列FPGA對PCIe接口最大支持如表1所示。

表1：7系列FPGA器件最大資源支持

Spartan-7系列不包含PCIe硬核，Artix-7和Kintex-7包含1個PCIe Gen2硬核，Virtex-7根據(jù)器件資源不同支持2~4個PCIe Gen3硬核。

1.2 PCIe硬核IP

Xilinx 7系列FPGA集成了PCIe硬核IP模塊，該IP核中固化了PCIe物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議相關設計，降低了PCIe協(xié)議的使用難度。對于事務層接口，7系列FPGA提供了三種不同的IP核供選擇，如圖1所示。

圖1：7系列FPGA三種不同的IP核

圖2：7 Series Intergrated Block for PCI Express核框圖

7 Series Intergrated Block for PCI Express：如圖2所示，它是最基礎的PCIe IP，實現(xiàn)的是PCIe的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，提供給用戶的是以AXI4-stream接口定義的TLP包。它是這三種IP中資源使用最小，最靈活，也是開發(fā)難度最大的。用戶如果要往主機發(fā)數(shù)據(jù)，需要在邏輯端組好MEM_WR事務包送到AXI4-stream接口，同樣要從主機獲取數(shù)據(jù)，就要發(fā)送MEM_RD事務包，然后獲取到COMPLETE事務包，再從COMPLETE事務包中提取出數(shù)據(jù)。使用該IP核，需要對PCIe協(xié)議有清楚的理解，特別是對事務包 TLP 報文格式。

圖3：AXI Memory Mapped To PCI Express IP核框圖

AXI Memory Mapped To PCI Express：如圖3所示，它對第①中IP核進行了增強封裝，簡化設計，提供了AXI MM/S橋接，該橋不僅實現(xiàn)了AXI4 to stream的功能，還提供了事務層包TLP的組裝和拆卸、地址轉(zhuǎn)換、錯誤處理等功能。使用該IP時，用戶只需通過AXI4接口接收和發(fā)送PCIe數(shù)據(jù)，不需要組裝和拆卸事務包。從邏輯資源消耗的角度來看，居三種IP之中，開發(fā)難度也是居三種IP之中。

圖4：AXI Memory Mapped To PCI Express IP核框圖

DMA/Bridge Subsystem for PCI Express：如圖4所示，它也叫做 XDMA，相較于上一種IP，該IP不僅完成了事務層的組包解包，還添加了完整的DMA引擎。雖然在資源利用方面居三者之最，但開發(fā)難度也是三種IP最小的，完全不了解PCIe總線協(xié)議也可使用該IP開發(fā)PCIe。XDMA雖然簡單易用，但XDMA也有它的局限，主要表現(xiàn)在兩個方面：

1）XDMA正如其名字中的DMA一樣，適用與大批量的數(shù)據(jù)傳輸場景，不適合小數(shù)據(jù)場景；

2）XDMA只能用于PCIe的終端（endpoint）設備，不能用于Root Port，另外二個IP既可以用于終端（endpoint）設備，也可以用與Root Port。

2. 7 Series Intergrated Block for PCI Express IP核特性

該IP核集成塊是一種可擴展、高帶寬和可靠的串行互連構建塊，適用于Xilinx?Zynq?-7000 SoC和7系列FPGA系列。該集成塊支持5Gb/s（Gen2）速度的x1、x2、x4和x8通道端點配置和根端口配置，所有這些配置都符合PCI Express基本規(guī)范2.1版。該解決方案支持AMBA?AXI4 Stream接口戶用戶界面。憑借更高的每引腳帶寬、低開銷、低延遲、減少的信號完整性問題和CDR架構。其主要特性如下：

●高性能、高度靈活、可擴展、可靠的通用I/O內(nèi)核；

●采用Xilinx Smart IP技術，保證關鍵時序；

●7系列FPGA系列使用GTXE2或GTPE2收發(fā)器：

○支持2.5 GT/s和5.0 GT/s線速度

○支持x1、x2、x4和x8通道

○彈性緩沖和時鐘補償

○自動時鐘數(shù)據(jù)恢復

●支持端點（EP）和根端口配置（RC）；

●8B/10B編碼和解碼；

●根據(jù)PCI Express規(guī)范要求支持通道反轉(zhuǎn)和通道極性反轉(zhuǎn)；

●標準化用戶界面；

●符合PCI/PCI Express電源管理功能和事務排序規(guī)則；