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。
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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HDM输出接口，实现了PCIE视频采集卡的功能，电脑端QT上位机实时采集电脑桌面的图像，并通过PCIE接口将实时图像发送FPGA板卡，FPGA板卡通过XDMA接收PCIE传来的图像，并将图像写入DDR3中缓存，zynq配置VDMA从DDR3中读出图像，再通过AXIS to video out输出图像到显示器显示；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：
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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：
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视频输入通路

台式电脑的主板有PCIE插槽，FPGA板卡通过PCIE插槽与电脑主板连接，QT上位机程序调用Xilinx XDMA官方API实时截取电脑桌面图像作为视频输入，通过PCIE总线将采集的图像发送给FPGA板卡，作为FPGA板卡的输入源；

PCIE数据缓存通路

XDMA接收到PCIE发来的图像数据后，将图像缓存至zynq的PL侧DDR3；

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；

5、vivado工程详解

开发板FPGA型号：Xilinx–zynq–xc7z100ffg900-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：PCIE X8；
输出：HDMI；ADV7511编码；
应用：QT上位机显示试验；
工程BD如下：
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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：
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7、驱动安装

提供提供Win系统驱动，目录如下：
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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：
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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：
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打开上位机以后点击开始屏幕映射，会把当前电脑屏幕抓取，然后通过 PCIe 传输到 DDR3 中，通过连续不断的抓取，可以形成连续的视频：

HDMI输出的PCIE采集的电脑主机桌面图像；