7 Series FPGAs Integrated Block for PCI Express IP核中基于64位事务层接口的A

### 7 Series FPGAs Integrated Block for PCI Express IP核中基于64位事务层接口的AXI4-Stream接口设计 #### 概述 本文旨在深入解析7 Series FPGAs集成块中的PCI Express (PCIe) IP核所采用的64位事务层接口的AXI4-Stream接口设计。该设计主要用于实现高速数据传输，特别是针对大数据量的传输场景。AXI4-Stream接口设计主要包括信号定义、数据传输规则及接口行为等内容。 #### 一、TLP格式 **事务层数据包**(Transaction Layer Packet, TLP)是PCI Express协议中用于在事务层上传输数据的基本单元，它由多个部分组成： - **TLP头**：包含关于TLP的重要信息，如总线事务类型、路由信息等。 - **数据有效负载**：可选的，长度可变，用于传输实际的数据。 - **TLP摘要**：可选的，用于提供数据的完整性检查。 数据在AXI4-Stream接口上以**Big-Endian**顺序进行传输和接收，这是遵循PCI Express基本规范的要求。Big-Endian是指数据表示方式中高位字节存储在内存的低地址处，低位字节存储在内存的高地址处。 #### 二、基于64位事务层接口的AXI4-Stream接口设计 1. **数据传输格式**：当使用AXI4-Stream接口传输TLP时，数据包会在整个64位数据路径上进行排列。每个字节的位置根据Big-Endian顺序确定。例如，数据包的第一个字节出现在s_axis_tx_tdata[31:24]（发送）或m_axis_rx_tdata[31:24]（接收）上，第二个字节出现在s_axis_tx_tdata[23:16]或m_axis_rx_tdata[23:16]上，以此类推。 2. **数据有效性**：用户应用程序负责确保其数据包的有效性。IP核不会检查数据包是否正确形成，因此用户需自行验证数据包的正确性，以避免传输格式错误的TLP。 3. **内核自动传输的数据包类型**： - 对远程设备的配置空间请求的完成响应。 - 对内核无法识别或格式错误的入站请求的错误消息响应。 4. **用户应用程序负责构建的数据包类型**： - 对远程设备的内存、原子操作和I/O请求。 - 对用户应用程序的请求的完成响应，例如内存读取请求。 5. **配置空间请求处理**：当配置为端点时，IP核通过断言tx_cfg_req（1位）通知用户应用程序有待处理的内部生成的TLP需要传输。用户应用程序可以通过断言tx_cfg_gnt（1位）来优先处理IP核生成的TLP，而不考虑tx_cfg_req的状态。这样做会阻止在用户交易未完成时传输用户应用程序生成的TLP。 6. **优先级控制**：另一种方法是，用户应用程序可以在用户交易完成之前通过反断言tx_cfg_gnt（0位）来为生成的TLP保留优先级，超过核心生成的TLPs。用户交易完成后，用户应用程序可以断言tx_cfg_gnt（1位）至少一个时钟周期，以允许待处理的核心生成的TLP进行传输。 7. **Base/Limit寄存器处理**：IP核不会对Base/Limit寄存器进行任何过滤，确定是否需要过滤的责任在于用户。这些寄存器可以通过配置接口从Type 1配置头空间中读取。 8. **发送TLP**：为了发送一个TLP，用户应用必须在传输事务接口上执行以下事件序列： - 用户应用逻辑断言s_axis_tx_tvalid信号，并在s_axis_tx_tdata[63:0]上提供TLP的第一个QWORD（64位）。 - 如果IP核正在断言s_axis_tx_tready信号，则这个QWORD会立即被接受；否则，用户应用必须保持呈现这个QWORD，直到IP核准备好接收为止。 通过上述详细的介绍可以看出，基于64位事务层接口的AXI4-Stream接口设计为PCI Express IP核提供了高效的数据传输机制，尤其是在处理大数据量传输时具有显著优势。用户应用程序需要遵循特定的指导原则，以确保与PCI Express集成块的有效交互，并管理出站数据包的传输，同时处理与配置空间相关的请求。