進一步提升PCIe總線通信速度的方法

隨著大數(shù)據(jù)中心、云計算服務的不斷增長，對于系統(tǒng)性能、功能和帶寬的要求也是越來越高，同時也驅動通信總線技術不斷取得新的進步。由英特爾提出的第三代高性能I/O總線技術—PCIE總線解決了PCI總線的不足，它的發(fā)展將取代PCI成為新型的數(shù)據(jù)總線，其提供了更加完善的性能，更多的功能，更強的可擴展性和更低的成本。

PCI總線協(xié)議采用的是并行結構，也就是說總線上所有擴展設備都是共享總線帶寬，而PCIe總線協(xié)議則有所不同，采用的是高速差分總線規(guī)格，并采用端到端的連接方式，即每一條PCIe通信鏈路中只能連接兩臺設備，除此之外PCIe還采用了網絡通信中的一些技術，比如支持多種數(shù)據(jù)路由方式、基于多通路的數(shù)據(jù)傳輸方式以及基于報文的數(shù)據(jù)傳輸，并且充分考慮并優(yōu)化了數(shù)據(jù)傳輸過程中的服務質量（QoS，Quality of Service）問題。

圖1：PCIe高速通信總線標準的發(fā)展歷程

在每個實際應用中如何最大限度的發(fā)揮PCIe總線的通信速度至關重要，Xilinx推出了一個基于高級FPGA器件和DMA（Direct Memory Access，直接內存存取）的參考解決方案：

提升PCIe總線通信速度主要從以下幾方面考慮：

根據(jù)應用需求選擇合適的鏈路速度和數(shù)據(jù)帶寬

合理設定最大有效載荷

通信過程中最大可能的傳輸數(shù)據(jù)包大小

啟用最大數(shù)量的DMA通道

輪詢操作和中斷操作的選擇（一般輪詢操作效率更高、速度更快）

除此之外我們還要選擇高性能的硬件平臺，Xilinx推出的參考設計采用的是KCU105 Kintex UltraScale FPGA開發(fā)套件，它采用的是最高端的Kintex UltraScale All Programmable FPGA器件，具有ASIC級別的系統(tǒng)性能，集成了時鐘管理和電源管理等豐富特性，這款開發(fā)套件非常適合中高端類應用的系統(tǒng)原型開發(fā)，如數(shù)據(jù)中心、無線通信基礎設施等。

圖2：Xilinx推出的KCU105 Kintex UltraScale FPGA開發(fā)套件

Xilinx推出的Vivado開發(fā)工具也大大方便了系統(tǒng)的開發(fā)，其集成了豐富的IP模塊，如AXI DMA、PCIe Block core等，同時還提供了IP集成器功能，實現(xiàn)基于Tcl、圖形化的開發(fā)流程，通過IP集成器實現(xiàn)的模塊接口通常采用業(yè)界標準的AXI4接口，支持關鍵IP接口的智能化自動連接，從而不管是在系統(tǒng)設計還是在開發(fā)效率上都帶來了很大提高。