面向InfiniBand控制器的PCI Express接口设计实现

发布时间：2017-09-12 18:11

  本文关键词：面向InfiniBand控制器的PCI Express接口设计实现

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【摘要】：近年来,InfiniBand互连总线技术凭借其高带宽、低延迟的特点,被广泛应用于服务器集群等高速数据交换网络中。它将总线网络化,使得各种功能节点都可以通过InfiniBand总线来直接交换数据。FPGA等节点也可以加入InfiniBand网络来来进行诸如基带信号处理等运算,加速数据的生成和转发而由于现阶段大多数功能节点没有专用InfiniBand接口,主要通过PCI Express接口转接主通道适配器(Host Channel Adapter,HCA)来接入InfiniBand网络。本文即研究将FPGA作为一个功能节点加入InfiniBand网络。本文的主要工作如下:1.对PCI Express总线进行分析,包括其总线结构,总线事务,路由方式以及配置空间的结构等内容。分析HCA的工作方式,介绍基于PCI Express的InfiniBand应用链路,链路在AXI4总线结构下,包含对HCA的PCIE初始化配置、映射AXI4总线数据和PCIE数据包、HCA工作指令生成、工作队列生成和通信数据存储等模块,这些模块一起可以实现驱动HCA的基础功能。2.在深入研究PCIE配置和AXI4数据映射原理的基础上,设计PCI Express接口应用链路,链路分阶段实现对HCA的配置和对InfiniBand总线数据流的映射。3.采用Verilog HDL模块化设计,编写功能链路:设计配置模块向HCA发送配置读写请求,识别设备并为其分配ID号,探测设备拥有的存储空间并为其分配数据通信地址,配置完成后连通数据通信接口;设计AXI4-STREAMIN G到AXI4总线的映射模块,它将来自AXI4总线的读写命令转换为对应的AXI4-STREAMING数据包发送到PCIE IP核,而且将来自PCIE IP核的AXI4-STREAMING包转换为不同通道的总线交易。4.对设计的链路进行仿真测试,并在FPGA平台上验证PCIE通信。结果表明,面向InfiniBand控制器的PCI Express的接口设计能实现和HCA的通信,使得FPGA节点加入InfiniBand网络总线成为可能。
【关键词】：PCI Express InfiniBand FPGA HCA AXI4
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP336;TP334.7
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 InfiniBand发展背景13-15
• 1.2 基于PCI Express的应用技术15-17
• 1.3 论文主要研究内容和章节安排17-18
• 第二章 PCI Express协议18-32
• 2.1 PCI Express总线结构18-20
• 2.2 PCI Express总线事务20-23
• 2.3 PCI Express数据传输路由23-28
• 2.4 PCI Express配置空间28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 基于PCI Express的接口设计32-44
• 3.1 总体结构32-33
• 3.2 HCA结构33-38
• 3.2.1 HCR33-35
• 3.2.2 工作空间35-36
• 3.2.3 UAR36-38
• 3.3 子模块功能38-39
• 3.3.1 HCA_CTRL38
• 3.3.2 Queue_Group38
• 3.3.3 ICM38-39
• 3.3.4 DDR39
• 3.3.5 AXI Interconnect39
• 3.4 PCI Express IP核研究39-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 PCI Express接口设计实现44-77
• 4.1 PCI Express配置和数据映射原理44-51
• 4.1.1 PCI Express配置原理44-46
• 4.1.2 AXI4数据映射原理46-51
• 4.2 PCI Express链路模块设计51-64
• 4.2.1 pcie_cfg模块52-59
• 4.2.2 mux模块59
• 4.2.3 mapper模块59-64
• 4.3 PCI Express链路仿真测试64-71
• 4.3.1 pcie_cfg仿真测试65-68
• 4.3.2 mapper仿真测试68-71
• 4.4 PCI Express链路硬件验证71-76
• 4.4.1 IP核设置与修改73-74
• 4.4.2 硬件测试74-76
• 4.5 本章小结76-77
• 第五章 总结与展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81
• 个人简历及攻读硕士学位期间的研究成果81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杨子元;包启亮;王旭;;基于PCIE/104总线的高速数据接口设计[J];现代电子技术;2011年14期

2 沈辉;张萍;;FPGA在PCI Express总线接口中的应用[J];现代电子技术;2010年14期

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本文编号：838741