基于Virtex5的PCI Express總線接口設計

3 總線接口設計實現

3.1 接口硬件設計

接口硬件主要由主控FPGA模塊，電源管理模塊，DDR高速緩存模塊、和時鐘管理模塊組成。硬件結構框圖如圖3所示。

FPGA是整個設計的最關鍵部分，主要實現：PCI-Express硬核；在硬核的用戶接口和傳輸接口實現PCI-Express傳輸本地總線的時序邏輯；并且在其內部完成DDR控制時序邏輯。FPGA是PCI-Express接口和DDR內存單元數據傳輸的通道。這里選擇XilinxVirtex5系列FPGA中的V5LX50T芯片，封裝形式為FFGll36。

在整個電路中，FPGA的功耗最大，因此在電源模塊設計中，重點考慮FPGA因素。FPGA的功耗與設計有關，主要取決于器件的型號、設計的時鐘頻率、內部設計觸發器翻轉率和整個FPGA的資源利用率。這里使用Xilinx功耗分析工具XPower進行功耗分析，根據XPower提供的動態功耗和靜態功耗分析結果，選擇TI公司的相關電源模塊。

DDR是比較常用的高速緩存單元，這里選擇使用現代公司的HY5DU56822DT-D4，在PCI-Express傳輸過程中，對時鐘的穩定性要求很高；Virtex5 FPGA內部的CMT模塊的時鐘綜合處理能力可能達不到預想的效果，這里使用專門的時鐘管理單元提供時鐘，選擇的是ICS874003芯片，通過FPGA管腳控制其時鐘綜合的效果。

3.2 軟件設計

在實現PCI-Express數據傳輸過程中，構建數據傳輸流程如圖4所示。

數據從PC內存通過PCI-Express接口向下傳輸到FPGA內部，FPGA內部DDR控制邏輯再將數據傳輸到的DDR內存芯片中存儲，向下傳輸完畢后，FPGA內部邏輯從DDR芯片中將存儲的數據讀出，并且給每個數據按字節加‘1’，然后通過PCI-Express接口，再將數據傳輸回PC內存，PC內存程序對數據進行校驗。

4 結 語

Virtex5系列FPGA芯片內嵌PCI-Express End-point Block硬核，為實現單片可配置PCI-Express總線解決方案提供了可能。基于Virtex5 FPGA的PCIExpress設計實現方式簡單、配置靈活，適合于各種應用領域，降低了設計成本，縮短了產品上市時間，保證了產品的功能性和易用性，開創了高效率PCI Express開發的新時代。