基于FPGA的高速PCIe光纤接口卡设计与实现

发布时间：2017-04-14 01:02

  本文关键词：基于FPGA的高速PCIe光纤接口卡设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着数字通信技术的飞速发展,高速串行传输得到了广泛应用。在军用领域,新体制雷达系统的出现,要求庞大的数据量能够实时地传输和处理。基于某天地波雷达系统工程应用背景下,研制基于FPGA逻辑设计的接口板卡,实现将采集系统的数据通过光纤电缆并经由PCI Express协议传输到计算机。本课题设计的PCIe光纤接口卡需要用到高速传输协议和DDR2 SDRAM技术,实现高速数据完整传输。采用PCI Express规范1.0版本进行X8通道的设计,每通道带宽高达2.5GHz。基于Aurora光纤传输协议,采用了光纤绑定的X2通道,能够以双工模式传输光纤数据,并使用DDR2作为高速缓存存储单元。FPGA设计基于高性能系列Virtex-5。依据“自顶而下”的思想,制订接口卡系统的整体设计方案。然后,借助Virtex-5提供的高性能PCI Express端点和Aurora8B/10B等IP核,并对DMA控制模块、DDR2逻辑模块和Aurora用户接口模块等子模块分别进行设计。设计完成后,使用Model Sim SE 10.0C软件对设计仿真验证。本课题中使用C#语言开发应用程序,利用多线程间的并行处理技术,实现了对PCIe卡的数据发送、接收和处理等的实时处理。最后,通过搭建系统平台联调测试,并对结果进行分析,该接口卡实现了光纤数据的高速完整传输,存储速率为370MB/s左右,达到了预期性能指标。
【关键词】：FPGA PCI Express 光纤传输 DDR2 Aurora
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN791;TN914.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的来源9
• 1.2 课题背景及研究的意义9-10
• 1.3 国内外与课题相关技术领域研究现状10-12
• 1.3.1 国内外高速通信协议现状10-11
• 1.3.2 国内外相关技术的简析11-12
• 1.4 课题主要研究内容12-13
• 第2章 接口系统相关技术基础13-33
• 2.1 引言13
• 2.2 PCI Express系统体系结构13-23
• 2.2.1 PCI Express的设备分层13-16
• 2.2.2 事务路由16-17
• 2.2.3 基于数据包的事务类型17-21
• 2.2.4 PCI Express配置空间21-22
• 2.2.5 中断机制22-23
• 2.3 PCI Express端点IP核23-24
• 2.4 Aurora IP核24-28
• 2.4.1 Aurora协议24-25
• 2.4.2 用户接口25-28
• 2.5 DDR2 缓存技术28-32
• 2.5.1 基本结构原理28-29
• 2.5.2 基本操作命令29-30
• 2.5.3 初始化过程30-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章FPGA逻辑设计33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 系统总体设计33-34
• 3.3 DMA控制逻辑设计34-42
• 3.3.1 DMA传输基本流程34-35
• 3.3.2 DMA控制器逻辑设计35-42
• 3.4 DDR2 逻辑设计42-45
• 3.4.1 ddr2 时钟模块43-44
• 3.4.2 ddr2_fifo_x1 模块44-45
• 3.5 Aurora接口逻辑设计45-50
• 3.5.1 帧接口模式传输45-47
• 3.5.2 Aurora_top模块设计47-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 应用程序设计51-57
• 4.1 引言51
• 4.2 应用程序概述51-52
• 4.3 应用程序开发52-56
• 4.3.1 应用界面层设计52-53
• 4.3.2 多线程设计53-54
• 4.3.3 驱动层设计54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 接口卡设计仿真及测试57-67
• 5.1 引言57
• 5.2 接口卡仿真验证57-61
• 5.2.1 非报告事务生成模块仿真58
• 5.2.2 完成事务生成模块仿真58-59
• 5.2.3 ddr2 时钟模块仿真59
• 5.2.4 FIFO模块仿真59-60
• 5.2.5 aurora发送接口模块仿真60
• 5.2.6 aurora_top模块仿真60-61
• 5.3 实际系统测试61-66
• 5.3.1 DMA控制器测试61-62
• 5.3.2 系统联合调试及测试62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 杜旭;于洋;黄建;;基于FPGA的高速串行传输接口的设计与实现[J];计算机工程与应用;2007年12期

2 马萍;唐卫华;李绪志;;基于PCI Express总线高速数采卡的设计与实现[J];微计算机信息;2008年25期

3 赵天云,王洪迅,郭雷,毕笃彦;DDR2 SDRAM控制器的设计与实现[J];微电子学与计算机;2005年03期

4 王晨,张毅谨,宋俊德;Solaris多线程体系结构研究及多线程应用[J];计算机系统应用;2000年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 李圣;DDR2 SDRAM控制器的研究与实现[D];西安电子科技大学;2011年

2 刘仁峰;基于PCI总线的嵌入式设备驱动程序设计与研究[D];华中科技大学;2004年

3 刘剑;基于PCI Express和DDRII SDRAM的高速数据传输系统的研制[D];南京信息工程大学;2009年

4 朱凯晖;基于FPGA的信号处理板高速通信接口研制[D];哈尔滨工业大学;2013年

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本文编号：304841