基于PCIe总线高速数据传输系统的设计与实现

发布时间：2017-09-14 20:01

  本文关键词：基于PCIe总线高速数据传输系统的设计与实现

  更多相关文章： PCIe 高速 DMA 仲裁 传输系统

【摘要】：PCIe (PCI Express)总线作为新一代的总线接口标准,已经被广泛应用到计算机与各种外设组件之间的互连领域,相比前一代PCI并行总线,它将各设备之间传输数据的速率提高了一个量级,具有更高的总线带宽和更强的总线扩展性。针对当今大数据量的高速传输,尤其是高分辨率、高帧率的视频图像传输需求,本文设计实现了一种基于PCIe,总线的高速数据实时传输系统。本文根据PCIe标准规范,设计实现了一种基于PCIe,总线的高速数据实时传输系统。该系统主要分为PCIe模块、总线仲裁器、DDR控制器以及ARM子系统。PCIe模块在PCIe总线三层结构(事务层、数据链路层和物理层)基础上设计加入了DMA控制器,它能独立于处理器进行批量数据传输,这是该系统高速传输的关键因素之一。DMA控制器有读写分立的两个通道,可以各自独立的批量搬移数据,与控制器中的事务层相对接,通过数据链路层和物理层发送或接收数据。总线仲裁器则是根据PCIe控制器和ARM子系统对DDR的访问需求进行高效仲裁,保证各部件都能按需高效的访问DDR。 ARM子系统包括ARM处理器、显示控制器、SRAM、SD卡控制器以及低速外部设备等。完成搭建基于PCIe控制器的实时数据传输系统,并完成一个典型应用的软硬件联合测试,证明该传输系统有较高的传输效率及灵活性。本文给出了PCIe模块DMA控制器、总线仲裁器硬件详细设计方案,并针对该系统开发了适配的PCIe总线驱动,以HAPS72开发板为基础搭建验证系统,通过视频流实时显示的典型应用验证本系统传输的高效性能。测试结果表明该传输系统能够与计算机端进行实时视频码流高效稳定的数据传输,并且传输速率可以实现DMA写1494.23 MB/s,读1406.08 GB/s,最高总线利用率分别为93.39%和87.88%,达到了预期的目标。本系统中的ARM子系统,即可以作为子设备将数据传输到计算机端处理,也可以简单修改设置后作为主设备处理其他PCIe子设备传输过来的数据。在移植嵌入式操作系统后,配合适当的PCIe区动及应用程序,可以灵活完成各种功能,有很强的扩展性和实用性,对于其他高速传输系统的设计有较好的参考作用。
【关键词】：PCIe 高速 DMA 仲裁 传输系统
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 研究现状15-16
• 1.3 研究内容16
• 1.4 本文结构安排16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 实时数据传输系统总体架构设计18-26
• 2.1 PCIe模块19-22
• 2.1.1 PCIe总线层次结构19-21
• 2.1.2 PCIe控制器21-22
• 2.2 总线仲裁器22
• 2.3 DDR控制器22
• 2.4 ARM子系统22-25
• 2.4.1 ARM处理器23
• 2.4.2 SRAM模块23-24
• 2.4.3 SD卡控制器24
• 2.4.4 低速外部设备24-25
• 2.4.5 显示控制器25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 PCIe控制器设计26-56
• 3.1 DMA控制/状态模块27-33
• 3.2 发送模块33-42
• 3.3 接收模块42-48
• 3.4 中断控制器48-50
• 3.5 FIFO模块50-51
• 3.6 AXI转换模块51-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第4章 总线仲裁器设计56-64
• 4.1 数据位宽处理模块56-57
• 4.2 跨时钟域处理模块57
• 4.3 总线仲裁处理模块57-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 实时数据传输系统驱动设计及应用实现64-72
• 5.1 驱动程序设计64-67
• 5.1.1 主机端驱动程序64-66
• 5.1.2 设备端驱动程序66-67
• 5.2 应用程序设计67-70
• 5.2.1 主机端应用程序67-69
• 5.2.2 设备端应用程序69-70
• 5.3 软件测试说明70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第6章 实时数据传输系统实现及验证72-82
• 6.1 传输系统的硬件实现72-73
• 6.2 验证系统搭建73-74
• 6.3 传输系统验证74-81
• 6.3.1 传输系统功能验证74-77
• 6.3.2 传输系统性能测试77-81
• 6.4 本章小结81-82
• 第7章 总结和展望82-84
• 7.1 总结82-83
• 7.2 展望83-84
• 参考文献84-86
• 致谢86-88
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 于磊;孟令军;张园;赵林;;基于FPGA的PCI-Express接口卡设计[J];计算机测量与控制;2014年01期

2 赵会彬;马卫平;梁晓英;;基于PCIE点对点传输的FPGA系统[J];计算机系统应用;2014年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 彭振翼;固态存储系统PCIe接口的设计方法与实现[D];华中科技大学;2013年

，

本文编号：852019