Xilinx高端FPGAPCIE3.0IP分析

Xilinx是全球领先的可编程逻辑解决方案提供商，其FPGA产品广泛应用于电子系统设计中，特别是在高速数据传输和处理方面。随着人工智能、大数据处理等技术的快速发展，对高速互连技术的需求日益增长，PCI Express（PCIE）作为一种高速串行互连标准，在FPGA设计中扮演着重要角色。 Xilinx在其高端FPGA系列如Ultrascale+、Ultrascale、Virtex-7等提供了PCIE IP支持，但对PCIE3.0及更高级别的支持还处于初期阶段，不是所有系列的FPGA都提供PCIE3.x或PCIE4.x的支持。特别是高端系列价格较为昂贵，设计人员在选择器件时需根据项目需求和成本进行仔细考量。 Xilinx的Zynq系列FPGA集成了硬核的PCIE IP，如PS部分集成硬核的PCIE2.0x4，高端带HBC功能的FPGA则集成了PCIE3.0x4。通过简单的配置，这些硬核IP可以直接与ARM处理器系统连接，并供软件开发人员进行开发。然而，硬核IP模式的局限在于其固化特性，缺乏灵活性。对于需要更高灵活性的设计，Xilinx提供了可配置的软核IP，如7Series Integrated Block，它支持AXI-Stream接口，并适用于需要硬件开发人员定制化开发的场景。 AXI-Bridge for PCI Express Gen3 IP支持UltraScale和Virtex-7系列，可达GEN3X16的PCIE速度等级，并提供AXI-Bridge桥功能。在软件开发方面，该IP能够方便地接入AXI总线的SoC系统。仅支持UltraScale+系列的The DMA/Bridge Subsystem for PCI Express IP在功能上与AXI-Bridge for PCI Express Gen3兼容，并支持最多4+4的DMA通道。 另外，AXI Memory Mapped for PCI Express IP主要针对较老系列的FPGA，功能简单，只支持到GEN2x16的PCIE速度等级。PCIe PHY IP则不提供数据链路层控制管理功能，仅提供基于PIPE接口的物理层高速串行收发器功能，适用于已有其他PCIE控制管理协议IP的硬件开发人员使用。 在器件选型方面，Xilinx PCIE IP核中的高速串行核是定制的，不能与其他高速串行设备共享。因此，在选择FPGA器件时，设计人员需要特别注意这一点，以避免不必要的损失。例如，在Zynq UltraScale+ CG系列中，仅有ZU4CG、ZU5CG、ZU7CG支持PCI Express Gen3x16，其他型号如XCZU9CG等型号的器件并不支持PCIE IP。在进行器件选型时，必须参考官方文档和数据手册，以确保所选FPGA型号能够满足PCIE功能要求。 在进行Xilinx高端FPGA相关的PCIE设计时，需要考虑以下几点： 1. 确认所需FPGA系列是否支持所需版本的PCIE。 2. 根据项目需求确定是否使用硬核IP或者软核IP。 3. 注意器件选型的限制，确保PCIE IP核能够与选定FPGA型号兼容。 4. 仔细阅读并理解Xilinx官方提供的相关文档，如UG194、UG195等，以充分理解如何配置和使用不同系列的PCIE IP核。 5. 对于特定的FPGA型号，通过实际的工程实验验证IP核的可用性。 综合这些信息，设计人员可以有效地在Xilinx FPGA上实现高速的PCIE接口，满足高速数据处理的需求。