PCI Express总线分析仪硬件设计

摘要

PCI Express是第三代高性能总线接口，相比于第二代总线接口PCI而言，它的传输速率更快，带宽更高，连接方式也更灵活。此外，PCI Express设备支持热插拔，具有跨平台兼容性。PCI Express1.0版本支持x1、x4、x8和x16传输模式，每个通道都能提供2.5Gbps的带宽，通道数加倍带宽也随之加倍。由于PCI Express协议十分复杂，采用人工方式对其进行分析比较困难且极易出错，所以需要专门针对该总线进行分析的仪器。
　　本课题完成的PCI Express总线分析仪基于PCI Express1.0版本的x1传输模式，并结合PCI Express总线协议，主要从以下几部分进行了研究：
　　（1）数据采集部分。数据采集部分包括采样时钟电路和数据采集电路。采样时钟电路为数据采集电路提供2.5GHz的采样时钟信号，利用双边沿采样原理，实现5GSa/s采样率；数据采集电路采用“采样芯片采集电路+FPGA采集电路”的方式，对2.5Gbps的PCI Express1.0总线信号进行采集。
　　（2）数据存储部分。数据存储部分采用DDR2 SDRAM内存颗粒，配合FPGA内部集成的IP核，对采集的PCI Express1.0总线信号进行跨时钟域存储，存储深度为256MB。
　　（3）协议触发部分。协议触发部分由信号提取模块和触发模块组成，它根据PCI Express数据包格式，分别对PCI Express1.0总线信号进行解码和触发。信号提取模块将采集的数据解码，并确定该数据在数据包中所处的字段以及在这个字段中的具体位置；触发模块对PCI Express1.0总线从处理层数据包到物理层数据包进行触发，它将解码的数据与协议中特定的触发字进行比较，触发类型包括帧开始触发、TLP包头类型触发、TLP事务类型触发、DLLP事务类型触发、数据中毒触发、帧结束触发和有序集触发。
　　本课题完成的PCI Express总线分析仪实现了5GSa/s采样率和256MB存储深度，能够准确采集和存储PCI Express1.0总线信号，可以按照多种触发方式进行数据捕获。