[发明专利]一种基于PCIe的通信协议栈硬件加速架构构建方法

说明书

本发明是一种基于PCIe的通信协议栈硬件加速架构构建方法，属于通信技术领域。本发明采用PCIe通用接口实现通信协议栈与FPGA的数据交互，通信协议栈仿真平台搭建在PC上，FPGA使用AXI总线架构进行数据传输；PCIe通用接口的软件接口集成在通信协议栈仿真平台中，硬件接口中设置有XDMA IP核；FPGA中设置MIG、AXIDMA、DDR和FIFO IP核。本发明通过AXIDMA实现了数据由AXI4总线向AXI4‑Stream总线的搬移，加快了FPGA内部数据传输速度，同时通过FIFO保证了电路中的时序同步；通过上位机中断清除设置，可以无限制向FPGA发送数据且不被打断；PCIe通用接口适用性强。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及通信协议栈中信号传输及信号处理的半实物仿真技术，具体涉及一种基于PCIe(高速串行计算机扩展总线标准)的通信协议栈硬件加速架构构建方法。

背景技术

在5G信息量急速增大的环境下，高速数据传输一直被重点关注。高速数据传输的主要特点是数据量大、数据传输速度快，而视频图像在传输中一直占较大比例，因此如何在通信系统中高速并准确的传输视频图像一直是专家研究的重点。

在数据传输系统中，数据传输总线协议一开始遵循ISA(工业标准体系结构)总线，由于它只能支持16位I/O(输入/输出)设备，最大的传输速度也只有16MB/s，已经跟不上高速发展的数据传输领域而被淘汰。第二代传输协议是PCI(外设部件互连标准)总线，采用并行传输，通用性和开发性更强，但最高速度只有133MB/s，已经无法满足现有的高速数据传输系统。PCIe总线克服了PCI总线的缺点让数据传输的性能得到了很大的提升，它采用端到端、全双工、差分信号进行信号传输，避免了信号之间的干扰，可以满足设备独享通道带宽，提高了数据传输的质量，现在被广泛应用在高速数据传输的系统中，例如：小型嵌入式系统、大型服务器系统中等。

FPGA(现场可编程逻辑门阵列)相比于通用计算机计算速度更快，FPGA在信号处理时可并行运行，处理速度快，但对于精度复杂的运算不如PC(个人计算机)计算机，PC计算机具备相当强大的数据处理能力，通常情况下会将需要进行高精度复杂的计算交由计算机负责，复杂度低且运算量大的计算由FPGA负责。以上情况涉及到PC与FPGA间大规模数据传输的问题，因此构建PC与FPGA的高速数据传输系统成为当前的研究趋势。对通信协议栈中信号传输及信号处理的半实物仿真有助于上述问题的研究。但通信系统中音、视频占较大比例，针对其通信协议栈实物仿真难度较大。

发明内容

本发明目的是提供一种基于PCIe的通信协议栈硬件加速架构构建方法，适用于视频、图像传输场景，使用PCIe接口完成PC协议栈和FPGA的交互及信号处理加速，为软硬件数据交互提供了一种有效解决方案。本发明把现实场景中的视频图像传入仿真协议栈中，构建一个完整的视频图像传输协议栈半实物仿真平台，同时为通信协议栈半实物仿真提供了一种的思路。

本发明实现的基于PCIe的通信协议栈硬件加速架构构建方法，采用PCIe通用接口实现通信协议栈与FPGA的数据交互，通信协议栈仿真平台搭建在PC上，FPGA中使用AXI总线架构进行数据的传输。PCIe通用接口包括PCIe通用接口软件接口和PCIe通用接口硬件接口。PCIe通用接口软件接口集成在通信协议栈仿真平台中。PCIe通用接口硬件接口中设置有XDMA IP核。FPGA中设置有MIG IP核、AXIDMA IP核、DDR(双倍速率同步动态随机存储器)和FIFO(先进先出)存储器。