基于FPGA的PCIE I/O控制卡通信方案

本文介紹一個FPGA 開源項目：PCIE I/O控制卡。上一篇文章《FPGA優(yōu)質(zhì)開源項目– PCIE通信》開源了基于FPGA的PCIE通信Vivado工程，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)通過PCIE接口訪問FPGA的DDR3以及RAM內(nèi)存數(shù)據(jù)。PCIE I/O控制卡工程是在上一個工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分模塊和參數(shù)的修改。

下面圍繞FPGA PCIE I/O控制卡通信方案以及Vivado BD工程的創(chuàng)建進(jìn)行簡要介紹。

01軟硬件平臺

• 軟件平臺：Vivado 2017.4;
• 硬件平臺：XC7Z035FFG676-2;

02通信方案

系統(tǒng)通信方案如下圖所示。PC上位機(jī)端通過PCIE接口與FPGA連接，F(xiàn)PGA端通過XDMA模塊的AXI4總線實(shí)現(xiàn)對DDR3的讀寫，通過AXI4-Lite總線實(shí)現(xiàn)對多個GPIO外設(shè)的控制。其中AXI SmartConnect模塊可用于自動完成XDMA與多個GPIO模塊的通信仲裁，以及不同時鐘域、不用數(shù)據(jù)位寬自動轉(zhuǎn)換。

03創(chuàng)建Vivado BD工程

Vivado BD工程的創(chuàng)建可在上一個PCIE通信工程的基礎(chǔ)上完成。首先，刪除AXI BRAM Controller 以及RAM模塊：

然后，依次添加兩個AXI GPIO模塊。將axi_gpio_0配置為 All Outputs ，位寬根據(jù)實(shí)際情況選擇，這里配置為 4bits 。

將axi_gpio_1配置為 All Inputs ，位寬根據(jù)實(shí)際情況選擇，這里同樣配置為 4bits 。

XDMA IP核參數(shù)配置：

• Mode：BASE;
• Lane Width：根據(jù)FPGA硬件型號選擇，通道越多，傳輸速度越快;
• Max Link Speed：5.0GT/s；
• Reference Clock：參考時鐘100MHZ；
• DMA Interface Option：選擇AXI4接口；
• AXI Data Width：AXI4總線位寬選擇128bits；
• AXI Clock：AXI4總線時鐘125MHZ；

• PCIE to AXI Translation：BAR地址到AXI地址偏移，這里設(shè)置為0x44a0_0000；

其它參數(shù)配置可參考上一篇文章中的介紹。

04Vivado BD工程結(jié)構(gòu)

下圖為最終創(chuàng)建好的Vivado BD工程。同樣的，本工程雖然是基于Zynq平臺建立，但實(shí)際只用到了PL端資源。

地址配置如下圖所示：DDR3初始地址偏移配置為0，AXI_GPIO_0初始地址配置為0x44a3_0000，AXI_GPIO_1初始地址配置為0x44a4_0000，與XDMA中地址偏移保持一致即可。

05實(shí)現(xiàn)功能

該Vivado工程實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的PCIE I/O控制卡功能。FPGA端把AXI_GPIO地址映射到BAR地址空間，上位機(jī)端通過PCIE總線讀取FPGA端GPIO1 I/O口輸入狀態(tài)信息，以及控制GPIO0 I/O口輸出信息。