基于Virtex5的PCI-Express总线接口设计

《基于Virtex5的PCI-Express总线接口设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

基于Virtex5的PCI-Express总线接口设计时间：2010-03-0411:21:06来源:作者：刘凯徐欣PCIExpress是由Intel,Dell,Compaq,IBM,Microsoft等PCISIG联合成立的ArapahoeWorkGroup共同草拟并推举成取代PCI总线标准的下一代标准。PCIExpress利用申行的连接特点能轻松将数据传输速度提到一个很高的频率，达到远远超岀PCI总线的传输速率。一个PCIExpress连接可以被配置成xl,x2,x4,x8,xl2,xl6和x32的数据带宽。xl的通道能实现单向312.5MB/s(2.5Gb/s)的传输速率。Xilinx公司的Virlex5系列FPGA芯片内嵌PCI-ExpressEndpoinlBlock硕核，为实现单片口J配置PCI-Express总线解决方案提供了可能。木文在研究PCI-Express接口协议和PCI-ExpressEndpointBlock硬核的皐础上，使丿L)Virtex5LXT5()FPGA芯片设计PCIExpress接口硬件电路，实现PCI-Express数据传输。1PCIExpress的拓扑结构PCIExpress是一种能够应用于点设备、台式电脑、工作站「、服务器、嵌入式计算机和通信平台等所有周边I/O设备互连的总线。其拓扑结构如图1所示，其中包含ROOTCOMPLEX(RC)＞多个终端(I/O器件)、开关和PCIExpress/PCI桥路，它们通过PCIExpress进行互联。CPU吒1txptcwF-ndpciMROOTMemoryComplexPCIBlprosPCIBridgeLesleyIILegacyPCIExprcuPCIExpelsEndpoirri||EndpointEndpoiMEndpointS1PCI-Express4bRC是I/O层次的根部，将CPU/存储器子系统与I/O相连。RC可以支持一个或多个PCIExpress端口，例如英特尔芯片组。开关定义为多个虚拟PCIZ间的桥路器件的逻辑组，它们使用一种基于地址路由的PCI桥路机制來传递执行信息，例如IDTPCIExpress开关。端点是指能作为PCIExpress执行的请求者或完成者的那一类器件，可以是PCIExpressH身，也可以是一个非PCIExpress器件，例如连接在PCIExpress上的图形控制器。PCIE总线保田了对于PCI局部总线协议全部软件的向下兼容性，即只耍是PCIE的卡都可以插到支持PCI的操作系统上使用；在硬件上，两者不兼容，PCIE取代PCI,PCI-X的并行多路总线结构，采用一种串行、点到点的总线连接结构，需要的接口更少。2Virtex5LxtPCIEEndpointblockVirtex5LxtPCIEEndpointblock集成了PCIE协议中的物理层(PHY)、数据链接层(DLL)和传输层(TL),同时它还实现了PCI-Express设备的功能配置寄存器，其结构框图如图2所示，包含有以下儿个接口：时钟和复位接口、配置和状态接口、电源管理接口、用户接口和传输层接口。 HlftPLIaneFLlanePtlanemlane••PiTiwPLlane时忡*：WWVS2PCIEEndpointblock结构柜图Virtex5LxtPCIEEndpointblock具有PCI-Express的完整功能，完全符合PCIe基本规格vLl版要求，作为FPGA内部的硬核，它是可配置的PCIe端点解决方案，大大增加设计的灵活性，降低设计的RNE费用,并且支持lx,2x,4x或8x通道的实现，为系统的功能扩张提供了有效途径;带有内置PCIe端点模块的Virtex-5LXTFPGA芯片•，能够被用于任何一种外形的产品设计，如表1所示。ftIVirtex-5LXTPCIe鋼点的应用xl250Mb/a高■「水枚升饭能力金业k1Gh/l占用校小的乜路扳空间鈕校低的功彥x82Gb/sxl250MhyxJ支特現有的PCI软件桌面系优1*立显卡xl!CL/?占用絞小的电路蚊空何皱低的功伞序算产T-°々・高切靠恤£x!64Gb/«皱低的功車丹算移动设务Express卡.Mini卡xl250Mb/s高可和n坊耗膏仗能力通信设备HBA.ATCA.X'l1(ib/s髙可水甘高妆能xi$2Gb/s头入K平台定®规点•定创卡.Mini卡xl25l>Mh“仮咸本可幻11高可用怯另用性和集成化3总线接口设计实现3.1接口硬件设计接口硬件主要苗主控FPGA模块，电源管理模块，DDR高速缓存模块、和时钟管理模块组成。®!件结构框图如图3所示。 FPGA是整个设计的授关键部分，主耍实现：PCI-Express硬核；在硬核的用八接口和传输接口实现PCI-Express传输本地总线的时序逻辑；并且在其内部完成DDR控制时序逻辑。FPGA是PCI-Express接口和DDR内存单元数据传输的通道。这里选择XilinxVirtex5系列FPGA中的V5LX50T芯片，封装形式为FFG1136o在整个电路中，FPGA的功耗授人，因此在电源模块设计中，巫点考虑FPGA因素。FPGA的功耗与设计有关，主要取决于器件的型号、设计的时钟频率、内部设计触发器翻转率和整个FPGA的资源利用率。这里使用Xilinx功耗分析工具XPower进行功耗分析，根据XPower提供的动态功耗和静态功耗分析结果,选择TI公司的相关电源模块。DDR是比较常用的高速缓存单元，这里选择使用现代公司的HY5DU56822DT-D4,在PCI-Express传输过程中，对时钟的稳定性要求很高；Virtex5FPGA内部的CMT模块的时钟综合处理能力可能达不到预想的效果，这里使用专门的时钟管理单元提供时钟，选择的是ICS874003芯片，通过FPGA管脚控制其时钟综合的效果。3.2软件设计在实现PCI-Express数据传输过程中，构建数据传输流程如图4所示。PC；ExprtitiMtt图4釵据流程图数据从PC内存通过PCI-Express接口向下传输到FPGA内部，FPGA内部DDR控制逻辑再将数据传输到的DDR内存芯片中存储，向下传输完毕后，FPGA内部逻辑从DDR芯片中将存储的数据读出，并且给每个数据按字节加T,然后通过PCI-Express接口，再将数据传输|«'lPC内存，PC内存程序对数据进行校验。4结语Virtex5系列FPGA芯片内嵌PCI-ExpressEnd-pointBlock硬核，为实现单片口JNt置PCI-Express 总线解决方案捉供了可能。基Virtex5FPGA的PCIExpress设计实现方式简单、配灵活，适介于各种应用领域，降低了设计成木，缩短了产品上市时间，保证了产品的功能性和易用性，开创了高效率PCIExpress开发的新时代。