Xilinx FPGA 1/4/8通道PCIe-DMA控制器，高性能版本IP介绍应用

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Multi-ChannelPCIe QDMA&RDMA IP

1    介绍

基于PCI Express Integrated Block，Multi-Channel PCIe QDMA Subsystem实现了使用DMA地址队列的独立多通道、高性能Continous或Scather Gather DMA，提供fifo/AXI4-Stream用户接口。

基于PCI Express Integrated Block，Multi-Channel PCIe RDMA Subsystem实现了使用DMA Ring缓冲的独立多通道、高性能/超低延时/超低抖动Continous Ring DMA，提供FIFO/AXI4-Stream用户接口。

1.1     特性

Ø  支持Ultrascale+，Ultrascale，7 Series的PCI Express Integrated Block

Ø  支持64，128，256，512-bit数据路径

Ø  64-bit源地址，目的地址，和描述符地址

Ø  多达8个独立的host-to-card（H2C/Read）数据通道或H2C DMA

Ø  多达8个独立的card-to-host（C2H/Write）数据通道或C2H DMA

Ø  AXI4-Stream/FIFO用户接口（每个通道都有自己的AXI4-Stream/FIFO接口）

Ø  每个DMA引擎支持DMA地址队列，队列深度可达32

Ø  每个DMA引擎支持DMA Ring缓冲，Ring缓冲深度和个数可配置

Ø  RDMA的超低延时和超低抖动性

Ø  H2C DMA支持视频显示定时时序输入控制

Ø  AXI4-Lite Master接口允许PCIe通信绕过DMA引擎

Ø  Scather Gather描述符列表支持无限列表大小

Ø  每个描述符的最大传输长度为4GB

Ø  MSI中断

Ø  连续描述符的块获取

Ø  中断或查询模式

1.2     应用

本内核体系结构支持广泛的计算和通信目标程序应用，强调性能、成本、可扩展性、功能可扩展性和关键任务可靠性。典型应用包括：

● 数据通信网络

● 电信网络

● 宽带有线和无线应用

● 网络接口卡

● 用于各种应用程序的服务器add-in card

典型应用如下图所示：

                              

图 1 Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem典型应用：8通道视频采集和视频显示

2   概述

Multi-ChannelPCIe QDMA&RDMA Subsystem作为一个高性能DMA数据搬移器，内核通过AXI4-Stream/FIFO接口直接连接RTL逻辑。使用提供的字符驱动程序，AXI4-Stream/FIFO接口可用于PCIe地址空间和AXI地址空间之间的高性能数据搬移。除了基本的DMA功能，DMA支持多达8个独立的upstream和downstream通道，每个通道支持深度为32的DMA地址队列，以及深度和个数可配置的DMA Ring缓冲，另外还允许PCIe通信绕过DMA引擎。

图 2 Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem概述

2.1     特性概要

基于描述符提供的信息：源地址，目的地址和传输数据长度，Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem实现Host存储器和PCIe DMA子系统之间的数据搬移。这些DMA可以同时是Host to Card（H2C）和Card to Host（C2H）传输。每个DMA通道对应各自的AX4-Stream/FIFO接口，DMA从Host存储器获取并解析描述符链表，基于描述符链表信息完成自己通道的数据传输，然后使用MSI中断发出描述符完成或错误的信令。内核也提供多达16个输出到Host的用户中断信号。

主机可以通过以下2个接口访问用户逻辑：

Ø  AXI4-Lite Master配置接口：这个接口是一个固定的32-bit端口，用于对性能要求不高的用户配置和状态寄存器的访问

Ø  User Register：这个接口是多个32-bit向量信号和1-bit信号，这些信号来自对应DMA通道数据搬移过程中产生的控制或状态信号

3   产品规格

结合Integrated Block for PCI Express IP，Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem为PCIe提供了一个高性能的DMA解决方案。

3.1           性能

Endpoint配置参数：

1.    Max PayloadSize=256-byte

2.    Max ReadRequest Size=512-byte

3.    DMA TransferLength = 4MB

C2H& H2C DMA性能：

1.    PCIe3.0 x16，C2H DMA和H2C DMA速度大于13.5GB/s

2.    PCIe3.0 x8，C2H DMA和H2C DMA速度大于7GB/s

3.    PCIe2.0 x8，C2H DMA和H2C DMA速度大于3.6GB/s

4.    PCIe2.0 x4，C2H DMA和H2C DMA速度大于1.7GB/s

3.2           资源

表1 PCIe 3.0 x16 DMA Subsystem资源（8通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	44272	99014	165.5	1

表2 PCIe 3.0 x8 DMA Subsystem资源（8通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	26356	51523	93	1

表3 PCIe 2.0 x8 DMA Subsystem资源（8通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	26614	33766	70	1

表4 PCIe 2.0 x4 DMA Subsystem资源（8通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	20466	29623	106	1

表5 PCIe 3.0 x16 DMA Subsystem资源（1通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	22353	55492	37	1

表6 PCIe 3.0 x8 DMA Subsystem资源（1通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	8113	21656	17	1

表7 PCIe 2.0 x8 DMA Subsystem资源（1通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	11074	16221	10	1

表8 PCIe 2.0 x4 DMA Subsystem资源（1通道）

	LUTs	FFs	BRAMs	PCIe
资源	6270	8588	29	1

3.3           驱动程序

(1) Windows WDF (Queue or Non-Queue，Ring)

(2) Linux (Queue or Non-Queue，Ring)

(3) V4L2

4    交付清单

可交付资料：

1. 详细的用户手册

2. 设计文件：源代码或网表

3. 时序约束

4. 测试或Demo工程

5. 技术支持：邮件，电话，现场，培训服务

6. Email：neteasy163z@163.com