Philips PM3570PCIE總線方案論證

　　PCIE是第3代I/O總線互聯(lián)技術(shù)，如今已成為個(gè)人電腦和工業(yè)設(shè)備中主要的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)總線。與傳統(tǒng)的并行PCI總線相比，PCIE采用串行總線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，具有更高的傳輸速率和可擴(kuò)展性。例如本文采用的8通道1代PCIE 2.0硬核的理論傳輸速率是4 GB/s，其總線位寬亦可根據(jù)需求選擇×1、×2、×4和×8通道。與其他的串行接口（如RapidIO和Hypertransport）相比，PCIE具有更好的性能和更高的靈活性。

　　1.1 Philips PM3570PCIE總線實(shí)現(xiàn)方式

　　目前，PCI Express總線的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：基于接口芯片ASIC和基于IP核的可編程邏輯器件FPGA方案。前者通常采用ASIC+FPGA/DSP的組合方式，PCIE接口芯片（如PEX8311）避免用戶(hù)過(guò)多地接觸PCIE協(xié)議，降低了開(kāi)發(fā)難度；但其硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，功能固定，靈活性和可擴(kuò)展性較差。后者使用IP核實(shí)現(xiàn)PCIE協(xié)議，用戶(hù)可以開(kāi)發(fā)其所需的功能和驅(qū)動(dòng)，具有可編程性和可重配置能力；另外，單片F(xiàn)PGA降低了成本和電路復(fù)雜程度，更符合片上系統(tǒng)（SoC）的設(shè)計(jì)思想。本文采用Xilinx公司Virtex6 FPGA和PCIE集成塊，實(shí)現(xiàn)雙緩沖模式的高速PCIE接口設(shè)計(jì)。

　　1.2 Philips PM3570雙緩沖與單緩沖比較

　　以寫(xiě)操作（數(shù)據(jù)從FPGA到內(nèi)存）為例，雙緩沖PCIE系統(tǒng)框圖如圖1所示。為描述方便，將該FPGA片上系統(tǒng)命名為SRSE（Software Radio System with PCI Express）。

　　圖1 Philips PM3570雙緩沖PCIE系統(tǒng)框圖

　　Philips PM3570PC端的驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)內(nèi)存上為SRSE分配了兩個(gè)緩沖區(qū)（WR_BUF1/2）用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這兩個(gè)緩沖區(qū)的地址信息分別存儲(chǔ)在FPGA端的DMA寄存器（DAM_Reg1/2）中。Root Complex連接CPU、內(nèi)存和PCIE器件，它代表CPU產(chǎn)生傳輸請(qǐng)求PCIE核是Xilinx公司提供的集成塊程序，實(shí)現(xiàn)PCIE協(xié)議的處理；DMA（直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)）引擎用于實(shí)現(xiàn)DSP核和PCIE器件間的高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與交換；DSP（數(shù)字信號(hào)處理）核是用戶(hù)設(shè)計(jì)的算法或應(yīng)用程序。以圖1為例，DSP核將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)寫(xiě)入TX_FIFO，DMA引擎將數(shù)據(jù)以傳輸層數(shù)據(jù)包（TLP）的形式發(fā)送至PCIE核，其中數(shù)據(jù)包的頭信息來(lái)自寄存器DMA_Reg1.當(dāng)SRSE將數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩沖區(qū)WR_BUF1時(shí)，驅(qū)動(dòng)分配另外一塊緩沖區(qū)WR_BUF2并將該緩沖區(qū)的地址信息寫(xiě)入寄存器DMA_Reg2中；當(dāng)DMA引擎發(fā)出WR_BUF1的寫(xiě)操作消息中斷（MSI）后，DMA控制器將數(shù)據(jù)包的頭信息切換至DMA_Reg2，驅(qū)動(dòng)將緩沖區(qū)切換至WR_BUF2，繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。

　　圖2 Philips PM3570總線中斷延遲測(cè)量

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