FPGA基于XDMA实现PCIE X4通信方案 提供工程源码和QT上位机程序和技术支持_fpga pcie*4

1、前言

PCIE（PCI Express）采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起 PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到 PCI 所不能提供的高带宽，是目前各行业高速接口的优先选择方向，具有很高的实用价值和学习价值；

本设计使用Xilinx官方的XDMA方案搭建基于Xilinx系列FPGA的PCIE通信平台，该方案只适用于Xilinx系列FPGA，一并提供了XDMA的安装驱动和QT上位机源代码，省去了使用XDMA繁琐的驱动寻找和上位机软件开发的不知所措，并以搭建好vivado工程，省去了不知道如何使用XDMA的尴尬，使得PCIE的使用变得简单易上手，而不用关心其复杂的PCIE协议；由于我的开发板只支持PCIE X4，所以提供的代码是PCIE X4架构，若需要PCIE X1、 X2、 X8、 X16、 X32的朋友，可自行修改本工程，也可关注我，我会实时发布新的工程。
本工程实现基础的PCIE通信，和QT上位机之间进行测速试验。

本文详细描述了基于XDMA搭建PCIE通信平台的设计方案，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的高速接口领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

2、我已有的PCIE方案

我的主页有PCIE通信专栏，既有基于RIFFA实现的PCIE方案，也有基于XDMA实现的PCIE方案；既有简单的数据交互、测速，也有应用级别的图像采集传输，以下是专栏地址：
点击直接前往

3、PCIE理论

这部分可自行百度或csdn或知乎学习理论知识，其实用了XDMA，已经不太需要直到PCIE复杂的协议和理论了。。。

4、总体设计思路和方案

总体设计思路和方案如下：

PCIe 通信例程由三部分组成：FPGA 端程序、PCIe 卡驱动、PCIe 上位机测试程序：
FPGA 端工程：负责建立与 PCIe 通信需具备的 FPGA 框架，PCIe 通信协议的构建；
PCIe 驱动：负责上位机测试程序与 PCIe 卡的数据交换；
PCIe 上位机测试程序：此处时PCIe 测速；

PICe 时钟输入通过 PCIe 接口接入外部 PCIe 时钟 100M（如机箱 PCIe 插槽），为 PCIe 通信模块工作提供参考时钟；ddr 时钟输入模块为 DDR 控制器提供参考时钟；当 PCIe 进行写速度测试时，上位机连续发送测试数据给 PCIe 通信模块，然后把数据传给 DDR 控制器，DDR 控制器会自己把数据存入 DDR3 芯片中；当 PCIe 进行读速度测试时，DDR 控制器会获取 DDR3 芯片中数据，然后把数据传给 PCIe 通信模块，上位机连续获取来自 PCIe 通信模块测试数据；当 PCIe 进行读写速度测试时，进行 PCIe 读速度测试的同时控制 PCIe写速度测试。流程是在上述写速度与读速度测试的结合。

QT测速上位机：提供源代码和可执行程序，发开版本为QT5.6.2；
PCIE驱动：提供Win系统驱动；
XDMA：调用官方IP，配置为X4模式；
AXI MIG：调用官方IP，作为数据缓存；

5、vivado工程详解

开发板FPGA型号：Xilinx xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入\输出：PCIE X4；
应用：QT上位机测速试验；
工程BD如下：


综合后的工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

6、驱动安装

提供提供Win系统驱动，目录如下：

安装步骤：
使用管理员身份运行 cmd

输入命令 Bcdedit.exe -set TESTSIGNING ON 打开测试模式：

重启电脑后桌面显示正在运行测试模式

没有安装驱动时，设备管理器如下，发现一个 PCI 串行端口：

例程提供的编译好的驱动程序，在工程下的 driver 目录下（根据操作系统选择相应驱动），
在 demo 目录下的“xilinx PCIe 驱动相关资料”提供了 xilinx 官方的 Windows 和 linux 驱动源码及
测试程序，有兴趣的自己可以研究研究：

选择设备，右键更新驱动

浏览计算机以查找驱动程序软件

测试电脑安装的是 win7，这里使用 Win7_Release 版本，win10系统则换为Win10_Release 版本：

有个安全警告，选择安装：

正确安装了设备驱动

7、QT上位机软件

QT测速上位机：提供源代码和可执行程序，发开版本为QT5.6.2；位置如下：

部分源码截图如下：

8、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：



更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

9、上板调试验证

开启上位机测程序进行 PCIe 速度测试，打开下图的测速软件 pciespeed，测速软件在如下位
置，实验结果如下：

读写同时进行测试：

只读测试：

只写测试：

10、福利：工程代码的获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：