基于FPGA的PCIe总线DMA平台设计

摘要

随着通信技术的迅速发展，LTE应运而生，LTE系统具有网络时延减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善的优点，但缺点也明显:对带宽的要求，对传输速率的要求等都使得系统更复杂。传统的PCI，PCI X等总线，因其性能无法达到系统的传输要求，正逐步淘汰，PCIe总线作为新一代的总线标准，它具有数据传输速率高，可更好地支持未来高端显卡等优点，在LTE系统的物理层中，设计基于PCIe总线DMA传输方式的数据通道平台可有效进行数据传输，减少了数据传输的瓶颈。并且PCIe总线具有良好的可扩展性，可通过对系统升级来实现更高数据传输速率的要求。
　　本文设计的基于FPGA的PCIe总线DMA平台系统的设计有很重要的实际意义，它充分利用了PCIE总线的众多优点，解决了LTE系统中分布式基站的数据传输问题，为整个系统的实现打下了良好基础。
　　本文的研究内容包含以下三部分:
　　首先，深入研究了PCIe总线协议，剖析PCIe协议标准中三个层面的不同分工，在不同层面的数据传送包的不同格式下的不同功能。纵观LTE的发展状况，PCIe总线技术必成为主流。
　　其次，在深入研究了PCIe协议的基础上，利用Xilinx公司的PCIe IP Core生成了系统所需的PCIe总线下的Endpoint模块，在Endpoint模块基础上，设计DMA模块，并针对本项目的要求设计接口模块。
　　最后，编写测试模块，在Modelsim中对PCIe-DMA进行联合仿真，验证功能正确后，在ISE环境中进行板上调试。
　　通过实际板卡测试，系统的DMA传输速度可稳定达到2Gbps，没有丢帧和误码现象，系统能够稳定运行，能达到LTE系统中分布式基站中传输功能模块的设计要求。
　　本文的创新点是虚拟FIFO的设计，虚拟FIFO提供时钟域的交叉，可存储和转发大的数据包，解决了DDR3 SDRAM直接读取写入低效率的问题。采用了虚拟FIFO使需要读取和写入的数据包在此重新打包，可大大的提高传输效率，并且FIFO与memory controller直接相连，可忽略memory controller的反应时间。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景和意义

1．3 国内外的研究现状

1．4 课题研究内容及结构

1．4．1 课题主要研究内容

1．4．2 课题组织结构

1．5 本章小结

第二章 PCIe总线技术

2．1 PCIe总线的层次结构介绍

2．2 PCIe的事务层介绍

2．2．1 事务层综述

2．2．2 事务层协议

2．3 PCIe的数据链路层

2．3．1 数据链路层综述

2．3．2 数据链路层控制和管理状态机

2．3．3 DLLP的格式

2．3．4 发送端与接收端ACK/NCK协议

2．4 PCIe的物理层

2．5 本章小结

第3章 系统分析与设计

3．1 基于LTE物理层的PCIe总线DMA平台系统简介

3．1．1 LTE系统的分布式基站

3．1．2 PCIe总线DMA平台系统介绍

3．2 设计总体方案

3．2．1 总体方案

3．2．2 功能概述与设计分析

3．3 模块划分

3．3．1 PCI Express

3．3．2 DMA读写模块

3．3．3 虚拟FIFO

3．3．4 XUAI接口和raw data接口

3．4 本章小结

第4章 基于Xilinx Virtex-6芯片的系统仿真

4．1 PCIE测试模块的设计

4．2 仿真测试

4．3 PCI Express的综合

4．4 PCIE板卡调试

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献