基于FPGA的PCIe接口实现_fpga pcie接口

摘要 PCI Express是一种高性能互连协议，被广泛应用于网络适配、图形加速器、网络存储、大数据传输以及嵌入式系统等领域。文中介绍了PCIe的体系结构，以及利用Altera Cyclone IV GX系列FPGA实现PCIe接口所涉及的硬件板卡参数、应用层系统方案、DMA仲裁、PCIe硬核配置与读写时序等内容。

PCI Express(PCIe)是一种高性能互连协议，可应用于网络适配、图形加速、服务器、大数据传输、嵌入式系统等领域。PCIe协议在软件层上可兼容于PCI和PCI—X，但同时也有明显的不同。在两个设备间，其是一种基于数据包、串行、点对点的互连，因此所连接设备独享通道带宽。根据使用的版本号和通道数，其性能具有可扩展性。对于PCIe 2.0，每条通道在每个方向上的数据传输速率是5.0 Gbit·s-1。从PCIe×1～PCIe×16，能满足一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。

Altera提供了兼容于PCIe 1.0和PCIe 2.0的解决方案，无论是作为根节点还是端点，都可以通过嵌入在FPGA内部的可配置硬核IP模块实现，而不占用可编程资源，这既节省了资源也提高了应用的可靠性。Altera的IP编译器可以提供×1，×2，×4，×8的通道接口。本文主要介绍采用Cyclone IV GX系列的FPGA来实现×4的PCIe接口所涉及的硬件电气规范、协议规范等。

1 PCIe总线体系和Cyclone IV GX

1.1 PCIe总线体系概述

PCI Express是一种基于数据包、串行、点到点的高性能互连总线协议。其定义了一种分层的体系结构，包括软件层、处理层、数据链路层和物理层。其中软件层是保持与PCI总线兼容的关键，PCIe采用与PCI和PCI—X相同的使用模型和读写通信模型。支持各种常见事物，如存储器读写事物，IO读写事物和配置读写事物。而且由于地址空间模型没有变化ÿ