使用XDMA測試FPGA與PC通信的過程

Xilinx的Vivado中，有三種方式可以實現(xiàn)PCIE功能，分別為：

1.調(diào)用7 Series Integrated Block for PCI Express IP核，這是最基礎(chǔ)的PCIE IP核，使用起來較復(fù)雜。

2.調(diào)用AXI Memory Mapped To PCI Express IP核，對7 Series Integrated Block for PCI Express進(jìn)一步封裝，可以使用Example Design直接運行；但需要添加DMA IP核實現(xiàn)DMA數(shù)據(jù)傳輸。

3.調(diào)用DMA/Bridge Subsystem for PCI Express (PCIe) IP核，別名XDMA，對PCIE和DMA一起進(jìn)行了封裝，也可以直接使用Example Design直接運行。

本系列由淺入深，逐步探討學(xué)習(xí)PCIE在FPGA上的使用，涉及FPGA，Verilog，Systemverilog，時序約束，PCIE協(xié)議等內(nèi)容。

本文介紹XDMA IP核的使用，首先使用XDMA搭建好測試環(huán)境，使用Xilinx的官方程序測試PCIE。

首先，在IP Catalog找到XDMA，使用簡化設(shè)置

圖1 PCIE通道設(shè)置

通道數(shù)選擇4，AXI數(shù)據(jù)位寬選擇128位，DMA Interface選擇AXI Memory Mapped，PCIE參考時鐘100MHz，AXI時鐘125MHz。

圖2 PCIE BAR

設(shè)置PCIE的BAR空間，勾中PCIe to AXI-Lite Master Interface，選擇Size，然后一路默認(rèn)生成好IP核。

IP核生成完成后，右鍵選擇Open IP Example Design，進(jìn)入Example Design項目。在xdc中約束PCIE的參考時鐘和復(fù)位引腳的管腳和IO電平后，點擊Generate Bitstream，等待bit文件生成。

解壓xdma_driver_win_installers_x64_2018_2.zip，選擇對應(yīng)的Win版本的XDMADriverInstaller.msi安裝。過程中可能會提醒驅(qū)動沒有正確的數(shù)字簽名，是否安裝，點擊是。

由于驅(qū)動沒有有效的簽名，所以windows7下需要使用禁用驅(qū)動強(qiáng)制簽名的方式驅(qū)動才能生效，具體如何操作請百度。

等待bit文件下載進(jìn)FPGA后，重啟電腦進(jìn)入禁用驅(qū)動強(qiáng)制簽名模式，可以查看設(shè)備管理器，是否存在一個叫“Xilinx Device”的硬件存在；或者使用xdma_info.exe檢查是否存在XDMA設(shè)備，exe在xdma_driver_win_bin_x64_2018_2.zip的bin文件里（在CMD運行xdma_info.exe）。

設(shè)備找好之后，可以進(jìn)行各種測試工作了。這里需要使用一系列的exe去測試，具體有xdma_test.exe和simple_dma.exe。

xdma_rw.exe可以單獨測試PCIE的讀寫功能，具體操作指令查看Xilinx_Answer_65444_Windows.pdf，通過讀寫可以測試DMA Bypass模式。

可以在圖1的XDMA IP核中設(shè)置DMA Interface Option為AXI Stream，然后使用streaming_data.exe測試XDMA的stream模式，更多用法參考Xilinx_Answer_65444_Windows.pdf。

PCIE IP核所做的工作主要有兩點，一個是將TLP包轉(zhuǎn)換成AXI協(xié)議；另一個是支持DMA操作。那么AXI協(xié)議就不得不談到了，AXI協(xié)議的具體內(nèi)容將在后續(xù)談到。

有一個疑惑的問題，XDMA的Example Design里，出現(xiàn)了時序不滿足，這沒有影響最終PCIE的功能，所以這里為什么會出現(xiàn)時序不滿足，以及時序不滿足對FPGA最終電路的影響。

圖3 時序不滿足截圖