论文部分内容阅读
随着信息技术的高速发展,人们对信息质量的要求不断提高。音频,图片以及视频信息不断增加的分辨率,使得信息数据量急剧增加。曾经一部数字电影的大小为700MB~1.5GB大小,而目前一部90分钟的高清电影的数据量大概为30GB。如今的发展现状对数据的传输速率以及存储容量提出了很高的要求。计算机硬盘的容量正在实现从GB级到TB级的过渡,硬盘介质也正由机械硬盘过渡到固态硬盘。在计算机系统的高速率要求下,通过PCIe总线接口交互已成为计算机架构中系统处理器与外部设备交互的最主要方式。在目前的处理器系统中,所有外部设备均直接或间接地通过PCIe接口接入系统。本文主要的研究内容是基于PCIe总线接口的高速数据传输技术。通过对该技术的研究提出了一种高速数据传输的硬件方案。该技术主要解决了计算机到计算机的数据传输瓶颈问题,大大提高了计算机间的数据传输速率。本文主要研究了以下内容:1.基于PCIe总线接口的PCIe数据传输板卡的硬件设计,数据传输方案设计以及系统内部模块的划分。在发送板中使用基于PCIe总线接口的DMA传输方式读取系统内存中的数据,并保存于DDR3 SDRAM大容量缓存中,最后通过同轴线将数据发送至接收板卡;在接收板中将接收到的数据缓存于DDR3 SDRAM并以DMA方式通过PCIe总线接口将数据写入系统内存。2.基于DDR3 SDRAM内存条的大容量缓存设计。将DDR3 SDRAM作为虚拟FIFO实现了对数据的缓存。其中DDR3控制状态机以及上下行FIFO的设计,解决了系统内部跨时钟域与位宽转换的问题。该虚拟FIFO存储容量为1GB,读写速度达到250MHz,读写位宽为64bits,实现了与PCIe IP核的数据接口对接。3.基于PCIe总线接口的DMA控制器设计。其中包括DMA控制状态寄存器以实现对DMA传输地址以及传输块大小的记录;发送引擎与接收引擎实现了PCIe事务层报文的接收和发送。根据协议标准要求,本文研究了对于事务层报文Tag标签号的管理以及接收读完成报文的乱序控制,以及发送引擎与接收引擎中状态机设计。本设计中的PCIe协议主要由Xilinx公司提供的IP核来实现,本文作者只需实现PCIe协议中的事务层即可。此外DDR3控制器也由IP核来实现。本文作者设计了DDR3控制状态机作为异步上下行FIFO与DDR3控制器之间的接口。采用IP核的设计方式已成为目前系统设计的主流设计方式,该方式的设计好处有大大降低了开发周期,大大削减了开发成本。在本文的最后对设计板卡进行了实际数据的传输测试。根据测试结果得到了基于PCIe总线的高速数据传输系统的传输性能,并且根据测试结果进行了理论分析。最后展望了PCIe总线接口的发展趋势和未来总线传输的带宽理论值。