PCIE XDMA IP核介绍（附列表）-明德扬科教(mdy-edu.com)

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#fpga开发

1.PCIE的发送和接收数据

本工程的目的是在XC7K325tffg的平台上实现pcie的数据发送和接收，速率8通道2.5GB/s,首先看下本工程的PCIE部分的结构：在这里插入图片描述

                                            架构

在这里插入图片描述

                                        各个模块的作用

PCIE部分结构图

在这里插入图片描述

这是PCIE IP核，主要用来发送数据，发送引擎主要负责将待发送数据按照PCIE协议组织成不同类型的TLP数据包，并发送给PCIE IP核；发送DMA控制模块主要负责把DDR3中读取的数据转换成TLP格式，并传送给发送引擎；接收引擎用于从PCIE IP核接收不同类型的TLP数据，接收DMA控制模块用于实现存储器读请求包的发送流量控制及接收数据位宽的转换；DMA状态控制寄存器模块主要用来解析来自PC对模块内部寄存器的命令和配置，并通知发送引擎模块、接收引擎模块及其他模块作出相应执行。
在这里插入图片描述
图表 SEQ 图表 * ARABIC 1

图表一中 左图Rd_fifo是数据写入缓存模块，右图是读出缓存数据模块。

Fifo:先入先出队列。数字电路设计中所说的fifo实际是指fifo存储器，主要用于数据缓存和异步处理，fifo存储器缓存数据也遵循先入先出的原则。Fifo本质是一个RAM，它与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，顺序的读写数据。

信号列表
在这里插入图片描述
以上就是pcie xdma ip核介绍，想要学习更多内容的同学，可以关注明德扬FPGA科教公众号

xdma使用小结
mu_guang_的博客
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文章目录1. xdma IP核的功能2. AXI总线传输模式3. IP核配置3.1 Basic3.2 PCIe BARs:4. xdm连接5. 使用原理解析5.1 PC写数据5.2 PC读数据 1. xdma IP核的功能 完成PC和FPGA通过pice接口的通信,主要是进行数据传输 读写部分分为两种，一种是数据的读写，另一种数配置数据的读写。在数据读写部分，DMA通过MIG控制DDR完成数据读写。配置数据读写通过与BRAM通过AXI-lite总线连接完成，XDMA将PCIe配置信息存在BRAM，在进行配置
xdma 读写 ddr
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XDMA IP（Xilinx Direct Memory Access IP）是赛灵思提供的一款硬件加速器，专为实现高效的直接内存访问（DMA）操作而设计，广泛应用于需要高速数据传输的场合，特别是在FPGA与主机之间或FPGA内部不同模块之间的内存传输。它能够通过PCIe接口进行数据的高速读写，支持多个DMA通道，并提供灵活的数据传输模式，如内存到内存、设备到内存、内存到设备等，可以适应不同的系统架构需求。
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【分享】PCIE XDMA IP核介绍
MDYFPGA的博客
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【分享】PCIE XDMA IP核介绍 本文为明德扬原创文章，转载请注明出处！ 一.PCIE的发送和接收数据 本工程的目的是在XC7K325tffg的平台上实现pcie的数据发送和接收，速率8通道2.5GB/s。 首先看下本工程的PCIE部分的结构： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　架构　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各个模块的作用 　　　　　　　　　　　　　　　　　　...
【分享】PCIE IP核介绍
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xdma IP使用教程1-xdma ip核配置
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fpga xdma IP核配置教程
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2. **解压文件**：下载的压缩文件"xdma-driver-win-installers-x64-12052020.zip"是一个包含安装文件的zip档案，你需要使用解压缩工具将其解压到一个方便的位置。解压后的文件夹名为"Installers"，通常包含安装程序...
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PCIe 的物理位置，根据原理图的位置选择，本实验为ZYNQ7100，PCIE位置为X0Y0，由于是X8，占俩个GT BANK，但这好像只能选一个。： PCIe 最大的传输速率，PCIe-1.0 的最大传输速率为 2.5GT/S，PCIe-2.0 的最大传输速率为 5GT/S。第二页为PCIe 配置空间中的基础信息的配置。至于其他测试都很简单，关于驱动的东西我个人了解较少，后续再慢慢学习吧。连接好主机和FPGA的PCIE，保持FPGA上电状态，重启电脑。：主机给PCIE提供的时钟信号，通过原理图查看。
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PCIe XDMA IP核使用心得 随缘更新 提示：写完文章后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档 文章目录PCIe XDMA IP核使用心得前言一、PCIE是什么？二、XDMA IP核三、实现过程四、参考资料分享总结 前言 好久没有认真写博客了，最近开始在公司实习，发现自己对FPGA有了一点新的认识，写篇博客记录一下自己的学习心得。不排除文文章中有错误，欢迎批评指正！ q:1391783671 可以加q一起交流学习 一、PCIE是什么？ 二、XDMA IP核 三、实现过程 四、参
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我们来看看什么是“H2C”，“ H2C”是 Xilinx 文档中的一个术语，他表示 Host到 Card 的传输方向，那么“H2C”其实就是表示数据从主机传输到设备。我们在“Number of DMA Read Channel”与“Number of DMA Write Channel”两处可以设置“H2C”和“C2H”的数量，这个数量就代表了我们传输通道数量，我们如果用两个不同的数据来源，比如一个是光纤，另一个是 ADC，那么我们就可以开两个通道分别传输不同的事物。双击打开IP，首先是IP 的主界面，
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xdma ip核配置axi4-stream，c2h接口上传数据到上位机部分数据丢失
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<think>我们正在处理XDMA IP核配置为AXI4-Stream模式时，C2H接口（从卡到主机）上传数据到上位机出现部分数据丢失的问题。根据用户提供的引用和之前的回复，我们重点关注AXI4-Stream接口的特性以及XDMA在流模式下的配置优化。 关键点回顾： 引用[1]提到：XDMA流传输模式是实时低延迟数据传输的理想选择，关键要点包括：AXI-S接口（无地址流式传输）、性能优化（增大位宽、优化FIFO、设置实时优先级）和错误处理（超时检测、CRC校验等）。 引用[3]指出：AXI4-Stream没有ADDR接口，允许无限制的数据突发传输规模，核心在于流式处理数据。 因此，在AXI4-Stream模式下，数据丢失的原因可能集中在流控制信号（tready, tvalid, tlast）的时序、FIFO溢出、时钟域同步以及主机端缓冲区处理等方面。 解决方案如下： ### 1. **检查AXI4-Stream接口的握手信号时序** - AXI4-Stream协议要求：只有`tvalid`和`tready`同时有效时，数据（`tdata`）才会在时钟上升沿被传输。如果时序不满足，会导致数据丢失。 - **解决方法**: - 在FPGA逻辑中，确保用户逻辑产生的`tvalid`信号在数据有效期间保持稳定，直到`tready`有效。同时，XDMA作为接收方（主机端）必须及时提供足够的`tready`（即主机有足够的缓冲区接收数据）。 - 使用ILA（集成逻辑分析仪）抓取C2H通道的AXI4-Stream信号，特别是`tvalid`、`tready`和`tlast`，检查是否有周期因`tready`无效而导致的`tvalid`被忽略的情况。 - 在用户逻辑中，增加流水线寄存器以改善时序，避免因路径延迟导致信号错位。 ### 2. **优化XDMA IP核的FIFO设置** - 引用[1]提到“优化FIFO”是性能优化的关键。在AXI4-Stream模式下，XDMA内部使用FIFO来缓冲数据流。如果FIFO深度不足，在主机处理不及时时会导致溢出。 - **解决方法**: - 在Vivado中重新配置XDMA IP核，增大C2H通道的FIFO深度（例如将`C2H Completion FIFO Depth`从默认值增加到1024或更高）。同时，确保`Descriptor FIFO Depth`足够（在SG模式下尤其重要，但流模式可能不需要描述符，需确认配置模式）。 - 注意：流模式（Streaming Mode）下，XDMA不使用描述符，而是直接通过AXI4-Stream接口传输数据。因此，配置重点在FIFO深度和带宽。 ### 3. **确保时钟域同步** - XDMA的PCIe域时钟（由PCIe参考时钟产生）和用户逻辑时钟可能存在异步问题。如果用户逻辑时钟（用于AXI4-Stream接口）与XDMA内部时钟不同步，会导致数据传输错误。 - **解决方法**: - 在用户逻辑与XDMA的AXI4-Stream接口之间插入异步FIFO或双时钟FIFO（DCFIFO），确保跨时钟域数据传输安全。 - 检查时钟频率：用户逻辑时钟频率应满足PCIe带宽需求（例如，PCIe Gen3 x8的理论带宽约为8GB/s，用户逻辑时钟至少需要250MHz（当数据位宽为256位时）才能达到峰值带宽）。使用`clk_wiz`生成稳定时钟。 ### 4. **增加错误处理机制** - 引用[1]强调“错误处理”包括超时检测、CRC校验等。 - **解决方法**: - 在用户逻辑中，添加超时计数器：如果`tvalid`有效但`tready`长时间无效（例如超过预期时间），则触发错误标志并复位传输。 - 在数据包中添加包头和包尾（例如SOF/EOF标记），并在主机端验证数据包完整性（如通过CRC32校验）。如果检测到数据包不完整，可以请求重传（但流模式通常无重传机制，因此需要设计应用层协议）。 - 在主机驱动程序中，监控XDMA的状态寄存器（通过BAR访问），检查是否有FIFO溢出错误（overflow error）标志被置位。 ### 5. **主机端优化** - 主机（上位机）的驱动程序或应用程序需要及时读取DMA数据。如果主机处理延迟，即使XDMA的FIFO足够大，最终也会溢出。 - **解决方法**: - 在主机程序中，使用多线程或异步I/O：一个线程专用于DMA传输（及时提交接收缓冲区），另一个线程处理数据。 - 增大主机端DMA缓冲区大小（例如，在Linux中使用XDMA驱动时，可以通过模块参数调整`rx_buffer_size`）。 - 检查中断处理：确保每次传输完成中断（MSI-X）都能及时触发主机读取数据。避免中断丢失（例如，在Linux中设置线程的CPU亲和性和优先级）。 ### 6. **验证数据路径带宽** - 确保整个数据路径（从用户逻辑到PCIe）的带宽匹配。如果用户逻辑产生数据的速度超过PCIe链路的实际带宽，会导致长期积累的数据丢失。 - **解决方法**: - 计算理论带宽：PCIe链路带宽（例如Gen3 x8 = 7.877 GB/s）应大于用户逻辑的数据产生速率。 - 在用户逻辑中，添加流控机制（如基于`tready`反压信号动态调节数据产生速率）。如果数据源无法暂停（如视频流），则必须确保PCIe带宽足够。 ### 总结 数据丢失问题需要从FPGA端（时序、FIFO、时钟同步）和主机端（驱动、缓冲区处理）同时排查。优先使用ILA抓取AXI4-Stream信号，确认握手是否正常，然后逐步调整FIFO深度和时钟设置。同时，在主机端验证数据接收速率是否匹配。 如果问题依然存在，建议在Xilinx论坛或技术支持渠道提交详细设计（包括XDMA配置参数、时序报告和ILA波形）以获取进一步帮助[^1][^3]。 §§相关问题§§ 1. 如何为XDMA AXI4-Stream接口设计有效的背压机制? 2. 使用ILA调试XDMA C2H流传输的步骤是什么? 3. 主机端如何优化XDMA驱动以提高流数据传输的可靠性? </think>### XDMA IP核配置为AXI4-Stream时C2H接口丢数据解决方案 当XDMA IP核配置为**AXI4-Stream模式**时，C2H接口数据传输丢失问题通常源于流控制信号时序、FIFO溢出或时钟同步故障。以下是针对性解决方案（结合引用[1][^1][^3]的关键要点优化）： --- #### 1. **AXI4-Stream握手信号时序优化** AXI4-Stream协议依赖`tvalid`/`tready`握手（无地址线[^3]），时序错误是丢数据主因： - **问题定位**： - 使用ILA抓取`tvalid`、`tready`、`tlast`信号，检查是否存在`tvalid`有效但`tready`无效的周期（数据未被接收） - 突发传输结束时`tlast`信号未同步释放（导致数据包截断） - **解决方法**： ```verilog // 用户逻辑添加tready超时保护 always @(posedge user_clk) begin if (tvalid && !tready) begin timeout_counter <= timeout_counter + 1; if (timeout_counter > MAX_TIMEOUT) reset_transfer(); // 强制复位 end end ``` - 在RTL中插入寄存器平衡`tvalid`/`tready`路径延迟 - 确保`tlast`与最后一个数据`tdata`严格对齐[^1] --- #### 2. **FIFO深度与流控配置** FIFO溢出是丢数据的直接原因（尤其突发数据）： - **关键参数调整**（Vivado配置）： | 参数 | 推荐值 | 作用 | |----------------------|---------------|--------------------------| | `C2H Completion FIFO Depth` | ≥1024 | 增大PCIe包缓冲空间 | | `AXI Stream Data Width` | ≥512位 | 匹配PCIe最大负载尺寸 | | `Enable Async Mode` | 勾选 | 隔离时钟域 | - **主机端优化**： - Linux驱动中增大DMA环形缓冲区（例如`dma_alloc_coherent`分配64MB） - 启用实时优先级：`sched_setscheduler(policy=SCHED_FIFO)`[^1] --- #### 3. **跨时钟域（CDC）同步** 用户时钟`user_clk`与PCIe时钟异步导致采样错误： - **解决方案**： - 在XDMA AXI-S接口前插入异步FIFO（例化Xilinx IP `fifo_generator`）： ```tcl set_property CONFIG.FIFO_IMPLEMENTATION {common_clock_distributed} [get_bd_cells axis_async_fifo] set_property CONFIG.INPUT_DEPTH 2048 [get_bd_cells axis_async_fifo] ``` - 约束时钟关系： ```tcl set_clock_groups -async -group [get_clocks user_clk] -group [get_clocks pcie_refclk] ``` --- #### 4. **错误检测与恢复机制** 引用[^1]强调流模式需主动错误管理： - **FPGA端检测**： - 添加包头/包尾标志（SOF/EOF），校验数据包完整性 - 实现简易CRC32校验模块，丢弃校验失败数据包 - **主机端监控**： - 通过XDMA状态寄存器监测溢出标志： ```c uint32_t status = ioread32(bar0 + XDMA_C2H_STATUS_REG); if (status & (1<<3)) printk("C2H FIFO Overflow!"); ``` - 启用MSI-X中断超时报警（Linux驱动设置`IRQF_TIMER`标志） --- #### 5. **带宽匹配验证** 数据生成速率 > PCIe链路容量时必然丢失： - **带宽计算公式**： $$ \text{PCIe带宽} = \frac{\text{链路宽度} \times \text{符号速率} \times \text{编码效率}}{8} \quad (\text{GB/s}) $$ 例如PCIe Gen3×8：$$ \frac{8 \times 8 \times 2 \times 128/130}{8} = 15.75 \text{ GT/s} \approx 7.88 \text{ GB/s} $$ - **调优策略**： - 用户逻辑侧：基于`tready`反压动态调节数据产生速率 - PCIe侧：确保`Maximum Payload Size=512B`，启用Extended Tag --- ### 推荐调试流程 1. **ILA抓取**：连续监测`tvalid`/`tready`握手信号 2. **寄存器检查**：读取`0x1000`偏移的C2H状态寄存器[^2] 3. **压力测试**： ```bash # Linux端DD命令测试 dd if=/dev/xdma0_c2h bs=1M count=1000 | md5sum ``` 4. **带宽校准**：逐级提升数据速率直至丢包 > 若问题仍未解决，需检查PCB信号完整性（PCIe眼图）或更换FPGA引脚分配[^1][^3]。 ---
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