目录
- 1、前言
- 2、我已有的PCIE方案
- 3、基于zynq架构的PCIE
- 4、总体设计思路和方案
- 视频输入通路
- 视频输出通路
- PCIE输出上位机通路
- 5、vivado工程详解
- 6、SDK 工程详解
- 7、驱动安装
- 8、QT上位机软件
- 9、上板调试验证
- 10、福利：工程代码的获取
1、前言
PCIE（PCI Express）采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起 PCI 以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到 PCI 所不能提供的高带宽，是目前各行业高速接口的优先选择方向，具有很高的实用价值和学习价值；
本设计使用Xilinx官方的XDMA方案搭建基于Xilinx系列FPGA的PCIE通信平台，该方案只适用于Xilinx系列FPGA，一并提供了XDMA的安装驱动和QT上位机源代码，省去了使用XDMA繁琐的驱动寻找和上位机软件开发的不知所措，并以搭建好vivado工程，省去了不知道如何使用XDMA的尴尬，使得PCIE的使用变得简单易上手，而不用关心其复杂的PCIE协议；由于我的开发板只支持PCIE X8，所以提供的代码是PCIE X8架构，若需要PCIE X1、 X2、 X8、 X16、 X32的朋友，可自行修改本工程，也可关注我，我会实时发布新的工程。
本工程实现基础的PCIE通信，和QT上位机之间进行测速试验。
本文详细描述了zynq基于XDMA搭建PCIE通信平台的设计方案，利用开发板自带的HDMI输入和输出接口，实现了PCIE视频采集卡的功能，FPGA开发板实时采集输入HDMI视频，一路经DDR缓存后由HDMI输出接口输出到显示器，另一路经DDR缓存后经XDMA由PCIE输出电脑，电脑的QT上位机实时将HDMI输入视频显示出来；与之前出的纯FPGA工程不同，本设计是基于zynq架构的PCIE工程；工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的高速接口领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；
2、我已有的PCIE方案
我的主页有PCIE通信专栏，既有基于RIFFA实现的PCIE方案，也有基于XDMA实现的PCIE方案；既有简单的数据交互、测速，也有应用级别的图像采集传输，既有基于纯FPGA的PCIE工程，也有基于zynq架构的PCIE工程，以下是专栏地址：
点击直接前往
3、基于zynq架构的PCIE
PCIE理论部分可自行百度或csdn或知乎学习理论知识，其实用了XDMA，已经不太需要直到PCIE复杂的协议和理论了。。。
这里重点讲讲基于zynq架构的PCIE设计方法；
我们知道，PCIE要与PC进行数据交互，必然需要用到FPGA外挂的DDR存储器作为“中介”；但zynq架构的FPGA有个特点，他的PL和PS侧都可以外挂DDR，那是否两边的DDR都能作为PCIE通信的“中介”呢？显然是鱼和熊掌不可得兼的；
先来看看zynq的HP总线，HP的最高位宽仅为64位，如下：
如果zynq给PL的参考时钟为150M，那么HP总带宽为150000000x64=9.6Gb；就算把参考时钟提高到惊人的200M，那么HP总带宽为200000000x64=12.8Gb；而XDMA的PCIE2.0单Line先速率为5Gb，PCIEX8的总先速率则为5x8=40Gb；很显然，使用PS侧DDR作为PCIE与PC通信的“中介”是不可能达到贷款需求的，再加之由于编码、协议等开销，可用带宽只能达到 80%，PS侧DDR更不可能了，所以只能选择PL侧DDR作为PCIE与PC通信的“中介”；
下面看看PL侧DDR为啥可以：
PL侧调用MIG，MIG的用户操作时钟为200M，AXI数据位宽为256位，所以理论带宽=200000000x256=51.2Gb；实际带宽=51.2x80%=40.96Gb；刚好满足PCIEX8 2.0的40Gb线速率；
这么详细的计算告诉你选择zynq的PL侧DDR的原因，够保姆级教学了吧。。。
4、总体设计思路和方案
总体设计思路和方案如下：
视频输入通路
笔记本模拟HDMI视频源，板载一颗silicon9013解码芯片，将差分的HDMI视频解码为RGB数据，silicon9013由zynq的i2c配置，在提供的SDK代码中有配置部分源码；调用Xilinx官方video in to AXIS将RGB视频流转换为AXIS视频流，经VDMA把HDMI视频缓存至PL侧的DDR3；这里的VDMA_0配置为只写模式；
视频输出通路
VDMA_1配置为只读模式，将缓存的视频读出来，调用AXIS to video out将AXIS视频流由VTC配合转换为VGA时序的视频流，板载一颗ADV7511编码芯片，将VGA视频流的RGB数据编码为TMDS差分视频输出显示器；ADV7511由zynq的i2c配置；
PCIE输出上位机通路
调用Xilinx官方XDMA实现PCIE通信，XDMA直接通过AXI总线读取DDR3中缓存的HDMI视频，然后通过板载的PCIE X8连接器将读出的视频发送至电脑，电脑端QT上位机程序调用XDMA官方API实现采集视频的实时显示；资料包里提供QT上位机exe可执行文件和QT上位机的c++源代码；
5、vivado工程详解
开发板FPGA型号：Xilinx–zynq–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI；silicon9013解码；
输出1：HDMI；ADV7511编码；
输出2：XDMA；PCIE X8；
应用：QT上位机显示试验；
工程BD如下：
综合后的工程代码架构如下：
综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：
6、SDK 工程详解
SDK主要完成HDMI编解码芯片的i2c配置，VDMA的寄存器配置，VTC的配置等，SDK部分采用C语言实现，代码架构如下：
7、驱动安装
提供提供Win系统驱动，目录如下：
提供了Win和Linux驱动，
驱动的具体安装教程请参考我之前的文章：点击直接前往
8、QT上位机软件
QT测速上位机：提供源代码和可执行程序，发开版本为QT5.6.2；位置如下：
9、上板调试验证
开启上位机测程序进行 PCIe 显示测试，打开下图的显示软件 pcie2screen，软件在如下位置，实验结果如下：
打开上位机以后可以看到软件暂停播放：
点击中间的按钮，开始播放 HDMI 输入视频源的视频：
10、福利：工程代码的获取
福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：
