PCIe总线

如何进一步提升PCIe总线通信速度

作者:stark

随着大数据中心、云计算服务的不断增长,对于系统性能、功能和带宽的要求也是越来越高,同时也驱动通信总线技术不断取得新的进步。由英特尔提出的第三代高性能I/O总线技术—PCIE总线解决了PCI总线的不足,它的发展将取代PCI成为新型的数据总线,其提供了更加完善的性能,更多的功能,更强的可扩展性和更低的成本。

PCI总线协议采用的是并行结构,也就是说总线上所有扩展设备都是共享总线带宽,而PCIe总线协议则有所不同,采用的是高速差分总线规格,并采用端到端的连接方式,即每一条PCIe通信链路中只能连接两台设备,除此之外PCIe还采用了网络通信中的一些技术,比如支持多种数据路由方式、基于多通路的数据传输方式以及基于报文的数据传输,并且充分考虑并优化了数据传输过程中的服务质量(QoS,Quality of Service)问题。

图1:PCIe高速通信总线标准的发展历程

作者:清风流云

背景:
随着物联网的发展,全球范围内需要处理和传输的数据量大大增加。目前,以数据中心和服务平台为代表,各数据处理机构都在寻找各种出路,以便降低大数据分析处理带来的功耗,并期望可以提高数据处理速度。这样的形势背景下,为了降低功率消耗并提高处理速度,日本PALITK将FPGA引入到视频数据处理应用中,并实现了通过FPGA来完成数据的高速运算处理。

PALITK团队主要针对视频处理和机器学习提出数据解决方案,为处理未来不断增长的2K(全高清)/4K视频流、大数据分析、财务分析、、高性能计算提供一个平台,同时,满足数据处理时的高速运行和功耗要求。近期,PALITK结合Xilinx公司16nm 的UltraScale+,推出具有FPGA计算平台的“DATA卡”。客户可以通过使用这种Data卡在降低系统成本和功耗的同时,提高系统的吞吐量。

PALTEK DS-VU 3 P-PCIE Data:

PCIe总线规定了两个复位方式:conventional Reset和FLR(FunctionLevel Reset),而Conventional Reset由进一步分为两大类:Fundamental Reset和Non-Fundamental Reset。Fundamental Reset方式包括Cold和Warm Reset方式,可以将PCIe将设备中的绝大多数内部寄存器和内部状态都恢复成初始值;而Non-FundamentalReset方式为Hot Reset方式。

1.1 传统复位方式(conventional)
传统的复位方式分为Cold、Warm和Hot Reset。PCIe设备可以根据当前的设备的运行状态选择合适的复位方式,PCIe总线提供多种复位方式的主要原因是减小PCIe设备的复位延时。其中传统复位方式的延时大于FLR方式。使用传统复位方式时,Cold Reset使用的时间最长,而Hot Reset使用的时间最短。

1.2 Cold Reset

一种基于FPGA的PCIe总线及其DMA的设计方法

摘要:为实现 PCIe 总线的 DMA 功能,根据 Xilinx 的 PCIe IP 核以及相关参考例程,介绍一种 PCIe 总线及其DMA 功能的设计方法。硬件验证与测试表明:该设计具有较高的带宽,DMA 读、写带宽可分别达到 554 MB/s 和881 MB/s,目前已在实际工程中尤其是在高速数据采集系统中得到广泛应用。

0 引言
与传统的 PCI、PCI-X 并行总线相比[1],PCIe总线采用高速差分串行的方式进行数据传输,这种端到端的数据传送方式使得信号线减少、系统功耗降低,同时还具有非常明显的带宽优势。

目前通过 FPGA 实现 PCIe 接口是一种比较常用的方式,具有硬件成本低、可靠性高、灵活性大、易于升级等优势。两大 FPGA 厂商 Xilinx 和 Altera均具有完善的接口 IP 和测试方法。基于此,笔者主要介绍了基于 Xilinx Virtex5 系列 FPGA 的 PCIe 接口的设计和 DMA 功能的实现方法,并在 x4 模式下进行带宽测试。

1 PCIe 总线简介

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