1、前言

MJPEG、MPEG2、MPEG4、H264 是流行且兼容性很高的 4 种视频编码格式。其中 MJPEG 对每帧独立进行 JPEG 图象压缩，而不利用帧间相关性，因此压缩效果较差。 MPEG2、MPEG4 和 H264 会进行帧间压缩，但后两者更复杂，效果也更好。MPEG2 虽然比较老 (1994年)，但在低压缩率的条件下与 MPEG4 和 H264 没有明显劣势，因此 MPEG2 在高质量、低压缩率要求的应用场合仍然可堪一用。。。

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 X1，所以提供的代码是PCIE X1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。

本文详细描述了FPGA基于XDMA搭建PCIE通信平台的设计方案，利用开发板逻辑资源大的特点，实现了MPEG2视频压缩后通过PCIe传输的功能试验；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；

本设计与我之前写的PCIE工程区别在于，此XDMA的PCIE工程硬件和软件都运行于Linux系统，XDMA的驱动安装、API调用和应用软件都与运行于Windows系统的工程不一样，适用于运行在Linux系统的PCIE应用，当然，Windows系统的用户也可以参考，因为XDMA都是一样的，仅仅驱动安装不一样；

2、MPEG2视频压缩实现

关于MPEG2视频压缩实现，我之前已经专门写过一篇文章，建议回头看看，一遍了解MPEG2视频压缩的实现原理和方法，文章链接：https://blog.csdn.net/qq_41667729/article/details/129998492

3、我已有的FPGA图像视频编解码方案

我的主页有FPGA图像视频编解码专栏，既有例如MPEG2、H264、H265等主流的视频编解码，也有JPEG、JPEG-LS、PNG等主流的图片编解码；全部采用FPGA硬件实现编解码加速；以下是专栏地址：https://blog.csdn.net/qq_41667729/category_12277772.html?spm=1001.2014.3001.5482

4、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：https://blog.csdn.net/qq_41667729/category_12252265.html?spm=1001.2014.3001.5482

5、MPEG2视频压缩PCIE传输设计方案

MPEG2视频压缩PCIE传输方案设计方案架构如下图：
在这里插入图片描述
设计共分两部分：FPGA设计和Linux软件设计；

FPGA硬件设计

MPEG2视频压缩：
采用systemverilog语言实现，属于为YUV422视频流，输出为256位宽的MPEG2视频流，可参考设计框图的箭头流向；在此基础上，将MPEG2视频压缩模块挂在于AXI4总线上，这里为AXI4从机，所以，MPEG2视频压缩最后的封装形式为AXI4接口，该接口可直接与XDMA对接交互；
PCIe：
直接调用官方的XDMA，由于我的板子只有PCIe X1的接口，所以将XDMA配置为X1模式，亦可配置为X2 X4 X8等其他模式；具体配置如下：
在这里插入图片描述
MPEG2视频压缩挂载AXI4接口后的顶层接口和例化部分如下如：

软件设计

直接调用XDMA官方API实现软件的功能，主函数xdma_mpeg2encode.c实现两个功能：
1：将.YUV格式文件发送到PCIe的发送端口，通过PCIe总线发送给FPGA板子，FPGA里面的XDMA接收后通过AXI4总线发送给MPEG2视频压缩作为视频输入；载入.YUV文件的功能子函数如图：
在这里插入图片描述
2：FPGA里面的MPEG2视频压缩收到输入视频后，实时的将视频压缩为MPEG2视频流，通过AXI4总线发送给XDMA，XDMA再通过PCIe总线发送给电脑，xdma_mpeg2encode.c的另一个功能就是接收MPEG2视频流，并将它转为.m2v格式的视频文件，该文件的视频可用VLC播放器播放；
读取MPEG2视频流的功能子函数如图：
在这里插入图片描述
至此，一个完整的FPGA实现MPEG2视频压缩PCIe传输的功能就搭建完成了。。。

6、Vivado工程详解

开发板FPGA型号：Xilinx–xc7vx690tffg1761-3；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：软件程序喂入.YUV格式视频流；
输出：MPEG2视频流软件转为.m2v格式的视频文件；
应用：MPEG2视频压缩PCIe采集卡；

工程源码架构如下：
在这里插入图片描述
FPGA资源消耗和功耗预估如下：

7、Linux下的XDMA驱动安装

资料包里提供了XDMA驱动和驱动安装手册，可打开手册安装即可，位置如图：
在这里插入图片描述

8、上板调试验证

第一步：首先将FPGA板子插在电脑主板的PCIE插槽里，如下：
在这里插入图片描述
第二步：按照软件使用手册一步步执行命令即可，资料包里提供了MPEG2视频压缩运行软件和软件使用手册，按照软件使用手册一步步执行命令即可，位置如图：

第三步：执行完软件后，即可看到压缩后的MPEG2视频，然后用VLC播放器播放即可，生成的视频文件位置如图：
在这里插入图片描述
播放截图如下：