XDMA与DDR结合光纤Aurora设计高速数据流通路设计/Aurora光纤设计/XDMA读取DDR设计/基于FPGA的高速数据传输设计

FPGAmaster创新者

已于 2024-05-16 17:27:47 修改

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分类专栏： XDMA 文章标签： fpga开发 fpga 信息与通信

于 2024-04-24 11:34:38 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/w18864443115/article/details/137152590

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本文详细介绍了如何使用FPGA将数据从光纤传输到PCIE，通过Aurora和XDMA模块结合DDR进行高速数据传输，涉及设计步骤、代码修改、模型验证和实际测试，旨在实现10Gbps的高速通道应用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

因最近想通过FPGA把数据从光纤传到PC，借此机会和大家一起学习Aurora、XDMA结合DDR

制作不易，记得三连哦，给我动力，持续更新！！！

完整工程文件下载：XDMA读写DDR工程提取码：4sxh

根据前几个章节的学习，已经把DDR、XDMA的相关介绍和设置，已经配置完成了，接下来就再次升华一下，再把一个高速接口Aurora添加进来，完全实现一个光纤-> PCIE 高速传输通路，此设计适用于各大进行高速数据传输的项目，最大速度可以达到10G。

太多了理论知识，我也不想在这里废话，咱们直接来干货！！

为了此次设计，可以进行下板测试，咱们需要把Aurora的发送和接收连接在一起，然后通过FPGA产生数据，通过Aurora发送，同时Aurora接受过来，然后把数据存储到DDR，并且通过XDMA连接到PCIE，通过XDMA驱动，在主机端读出数据，最终来验证读出来的数据是否和自己产生的数据匹配，通过添加ILA，抓取各个状态的数据状态。

测试环境介绍：

1、FPGA主芯片：zynq7100

2、光纤连接线

3、PCIE主机（Windows10系统）（linux也可以，但是本文采用的Windows）

4、vivado版本：2019.2

一、设计框图

二、设计思路

2.1 Aurora数据产生模块设计

2.1.1 代码设计

此模块就需要借助之前的文章，Aurora的配置说明，不会的小伙伴记得去我的主页翻一下，然后就得到了一个官方的Aurora例子，咱们通过修改这个个例子，进行数据产生、发送、接受，该说不说xilinx真的很良心，再次点赞！！！！

配置介绍：

1、Aurora速度：10.125Gbps

2、Aurora时钟：156.25Mhz

3、接口模式：Framing模式

先分析一下官方例子中的各个模块作用：

我们只需修改FRAME_GEN模块即可产生自己的数据，（AXI协议数据） 下面是具体修改的内容：

部分代码：

 assign reset_i = RESET || (!CHANNEL_UP);
    assign RESET_ii = RESET ; 
    assign resetUFC = reset_i; 
    
    assign i_ready = !TX_DST_RDY_N;
   
    integer i=0;
    reg     [31:0] count;
    reg     [63:0] array [0:3];
    
    initial begin
        array[0] = 64'h0000_0101_0202_0303;
        array[1] = 64'h0404_0505_0606_0707;
        array[2] = 64'h0808_0909_0A0A_0B0B;
    end
    
    reg [3:0] c_state, n_state;

   localparam   IDLE        = 0,
                DATA        = 1,
                DATA2       = 2,
                LAST_DATA   = 3,
                STOP        = 4;

    always @ (posedge USER_CLK) begin
        if (reset_i)
            c_state <= 0;
        else
            begin 
                c_state <= n_state;
            end
    end

    always @(*) begin
        case (c_state)

            IDLE    :   begin
                            n_state = DATA;
            end

            DATA    :   begin
                            if (i == 2 && i_ready)
                                n_state = LAST_DATA;
                            else
                                n_state = DATA;
            end 

            LAST_DATA   :   begin
                          if(i_ready)      
                                n_state = STOP;
                        else
                            n_state = LAST_DATA;
            end

            STOP    :   begin
                            if (count >=200_000_000)
                                n_state = DATA; 
                            else
                                n_state = STOP;
            end

            default :   ;


        endcase
    end

然后再自己建立一个顶层，（因为开发板的时钟和复位可能不符合Aurora协议），然后把这个设计例化到顶层，添加好约束文件，综合、实现、生成、bit文件。

2.1.2 发送数据验证

添加ILA到工程，具体采集的几个信号如下：（包括了发送数据部分、接受数据部分、Aurora状态部分）

然后重新编译工程，下载bit文件到开发板

打开ILA界面，抓取tx_valid和tx_ready同时为高电平的时候的触发：（此时光纤必须回环连接）

如上图可以发现，就是按照咱们代码里的一样，发送出来三组数据00--0B

由此可以验证发送数据没问题！！

2.1.3 接受数据验证

紧接着我们可以来验证一下接受数据信号，同样在刚刚的ILA里，把接受数据的一些列信号移动到一起：

如上图可以发现，接受的数据和发射的数据完全一致，因为是Framing模式，所以数据接收并没有ready信号。

由此可以验证发送数据没问题！！

2.2 xdma、DDR链路模块设计

xdma、DDR链路本次设计采用block design设计

配置介绍：

1、PCIE链路速度：x4 5.0T

2、PC操作系统：Windows10

3、DDR：DDR3

2.2.1 代码设计

首先先建立一个BD设计文件：

然后可以基于以前的XDMA读写DDR系列文章，来根据你的硬件搭建，我这边就不过多介绍了，直接展示搭建完成的截图。

别忘了给分配地址：

然后把BD设计生成verilog代码，并且置为顶层：

添加好约束文件，综合、实现、生成、bit文件。

2.2.2 XDMA读写DDR验证

下载bit文件到开发板，并且重启主机

在powershell打开xdma驱动文件夹，并运行test.exe文件：

如上图所示，表示PCIE 向DDR写入4096字节，然后又从DDR读出4096字节，对比数据，数据一致。

由此可以验证XDMA读写DDR没问题！！

2.3 Aurora、XDMA、DDR连接设计

Aurora和XDMA模块，在前面都是单独测试的，现在我们需要把他们连接起来，实现完整的通路，也是我们这篇文章的重点内容

（1）首先把Aurora的文件置为顶层

（2）在BD设计中添加数据接口，以及读写DDR部分代码，如下图所示

（3）编译一下BD文件，然后把BD设计例化到，Aurora的代码中，如下图所示

（4）同时也需要把DDR3，PCIE的端口添加到Aurora的顶层上面

（5）最终的工程层次关系如下：

（6）然后添加约束文件，综合、实现、生成、bit文件。

三、设计测试

3.1 modelsim仿真测试

首先先对设计进行仿真测试，确保读写DDR模块无误，此次测试需要我们重新创建一个工程，单独仿真使用，这个我们的工程文件里面也包括。

由上图可以看见，数据从产生到FIFO，然后再写入到DDR整个链路的数据完整无丢失，这样可以确认我们的写入DDR模块没问题，接下来就可以下班进行测试，相信应该也没什么大问题！！

3.2 下板测试

经过上面的设计，以及单独的测试，相信离我们的目标已经很接近了，下面就来展示一下测试的结果。

将最终的bit文件下载到开发板，然后重启主机

还是和刚刚的一样，使用XDMA驱动，来读取数据，读取从0地址4096个字节的数据，读取指令：

 .\xdma_rw.exe c2h_0 read 0x0000000 -b -f datafile4K_rd.bin -l 4096

然后使用二进制查看软件，查看datafile4k_rd.bin这个文件即可，作者使用的软件是HxD.exe，需要的小伙伴自行去下载即可。

如上图看出来，读出来的数据和写入的数据完全一致

还可通过ILA观察数据的写入过程，这边添加几个ILA的状态截图

光纤接受数据：

读写DDR状态：

PCIE读取状态：

由此可以验证本次设计整体没问题！！，终于大功告成啦！！！

如果感觉文章对您有用，麻烦三连支持一下，方便下次用到的时候，就可以快速找到我，非常感谢您的支持！！！