L-tile和H-tile Avalon® 存储器映射 Intel® FPGA IP PCI Express* 用户指南

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ID 683667
日期 11/11/2021
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1. 介绍 2. 快速入门指南 3. 接口概述 4. 参数 5. 使用IP Core进行设计 6. 块描述 7. 寄存器 8. DMA描述符控制器的编程模型 9. Avalon® -MM根端口的编程模型 10. Avalon-MM测试台和设计实例 11. 故障排查与观察链路 A. PCI Express核架构 B. 根端口枚举 C. 文档修订历史
1. 介绍 x
1.1. Avalon-MM Interface for PCIe 1.2. 功能特性 1.3. 发布信息 1.4. 器件系列支持 1.5. 建议的逻辑架构速度等级 1.6. 性能和资源利用 1.7. 收发器Tile 1.8. PCI Express IP核封装布局 1.9. 通道可用性
2. 快速入门指南 x
2.1. 设计组件 2.2. 目录结构 2.3. 生成设计实例 2.4. 仿真设计实例 2.5. 编译设计实例并对器件编程 2.6. 安装Linux Kernel Driver 2.7. 运行设计实例应用程序
3. 接口概述 x
3.1. 内部例化描述符控制器时的Avalon-MM DMA接口 3.2. 外部例化描述符控制器时的Avalon-MM DMA接口 3.3. 其他Avalon-MM接口 3.4. 时钟和复位 3.5. 系统接口
3.3. 其他Avalon-MM接口 x
3.3.1. Avalon-MM主接口 3.3.2. Avalon-MM从接口 3.3.3. 控制寄存器访问（CRA）Avalon-MM从接口
4. 参数 x
4.1. Avalon-MM设置 4.2. 基地址寄存器（Base Address Register） 4.3. 器件识别寄存器（Device Identification Register） 4.4. PCI Express和PCI性能参数 4.5. 配置，调试和扩展选项 4.6. PHY特征 4.7. 设计实例
4.4. PCI Express和PCI性能参数 x
4.4.1. 器件性能 4.4.2. 链路Capability 4.4.3. MSI和MSI-X Capability 4.4.4. 插槽Capability 4.4.5. 电源管理 4.4.6. Vendor Specific Extended Capability (VSEC，供应商指定扩展性能)
5. 使用IP Core进行设计 x
5.1. 生成（Generation） 5.2. 仿真 5.3. IP核生成输出( Intel® Quartus® Prime Pro Edition) 5.4. 通道布局和PLL使用
6. 块描述 x
6.1. 接口
6.1. 接口 x
6.1.1. Intel® Stratix® 10 DMA Avalon-MM DMA接口到Application Layer（应用层） 6.1.2. Avalon-MM接口到Application Layer（应用层） 6.1.3. 时钟和复位 6.1.4. 中断 6.1.5. Flush请求 6.1.6. 串行数据，PIPE，状态，重配置和测试接口
6.1.1. Intel® Stratix® 10 DMA Avalon-MM DMA接口到Application Layer（应用层） x
6.1.1.1. 内部例化时的描述符控制器接口 6.1.1.2. 写DMA Avalon-MM主端口 6.1.1.3. 外部例化时的描述符控制器接口
6.1.1.1. 内部例化时的描述符控制器接口 x
6.1.1.1.1. Read Data Mover 6.1.1.1.2. 读描述符控制器Avalon-MM主接口 6.1.1.1.3. 写描述符控制器Avalon-MM主接口 6.1.1.1.4. 写描述符列表Avalon-MM从接口 6.1.1.1.5. 写描述符列表Avalon-MM从接口
6.1.1.3. 外部例化时的描述符控制器接口 x
6.1.1.3.1. Avalon® -ST描述符源
6.1.2. Avalon-MM接口到Application Layer（应用层） x
6.1.2.1. 突发和非突发 Avalon® -MM模块信号 6.1.2.2. 非突发从模块 6.1.2.3. 32-bit控制寄存器访问（CRA） Slave信号 6.1.2.4. 突发从模块
6.1.3. 时钟和复位 x
6.1.3.1. 时钟 6.1.3.2. 复位
6.1.4. 中断 x
6.1.4.1. 端点的MSI中断 6.1.4.2. Legacy中断
6.1.6. 串行数据，PIPE，状态，重配置和测试接口 x
6.1.6.1. 串行数据接口 6.1.6.2. PIPE接口 6.1.6.3. Hard IP状态接口 6.1.6.4. Hard IP重配置 6.1.6.5. 测试接口
7. 寄存器 x
7.1. 配置空间寄存器 7.2. Avalon-MM DMA桥寄存器
7.1. 配置空间寄存器 x
7.1.1. 寄存器访问定义 7.1.2. PCI配置头（header）寄存器 7.1.3. PCI Express Capability结构 7.1.4. Intel定义的VSEC Capability头 7.1.5. 不可纠正的内部错误状态寄存器 7.1.6. 不可纠正的内部错误掩码寄存器 7.1.7. 可纠正的内部错误状态寄存器 7.1.8. 可纠正的内部错误掩码寄存器
7.1.4. Intel定义的VSEC Capability头 x
7.1.4.1. Intel定义的供应商特定Header 7.1.4.2. Intel Marker 7.1.4.3. JTAG Silicon ID 7.1.4.4. 用户可配置器件和电路板ID
7.2. Avalon-MM DMA桥寄存器 x
7.2.1. PCI Express Avalon-MM桥寄存器映射 7.2.2. DMA描述符控制器寄存器
7.2.1. PCI Express Avalon-MM桥寄存器映射 x
7.2.1.1. Avalon-MM到PCI Express中断状态寄存器 7.2.1.2. Avalon-MM到PCI Express中断使能寄存器 7.2.1.3. 高性能Avalon-MM 32位从模块的地址映射 7.2.1.4. PCI Express到端点的Avalon-MM中断状态和使能寄存器 7.2.1.5. PCI Express配置信息寄存器
7.2.2. DMA描述符控制器寄存器 x
7.2.2.1. 读DMA内部描述符控制器寄存器 7.2.2.2. 写DMA内部描述符控制器寄存器
8. DMA描述符控制器的编程模型 x
8.1. 读DMA实例 8.2. 写DMA实例 8.3. 同时间读写DMA的软件编程 8.4. Read DMA和Write DMA描述符格式
9. Avalon® -MM根端口的编程模型 x
9.1. 根端口TLP数据控制和状态寄存器 9.2. 发送一个TLP 9.3. 接收Non-Posted完成TLP 9.4. 使用CRA接口读写BAR0的实例
10. Avalon-MM测试台和设计实例 x
10.1. Avalon-MM Endpoint测试台 10.2. Endpoint设计实例 10.3. Avalon® -MM测试驱动器模块 10.4. 根端口BFM 10.5. BFM处理过程与函数
10.2. Endpoint设计实例 x
10.2.1. BAR设置
10.4. 根端口BFM x
10.4.1. 概述 10.4.2. 对Application Layer发布Read和Write事务 10.4.3. 根端口和端点的配置(Configuration of Root Port and Endpoint ) 10.4.4. 配置空间总线和器件编号 10.4.5. BFM存储器映射
10.5. BFM处理过程与函数 x
10.5.1. ebfm_barwr规程 10.5.2. ebfm_barwr_imm处理过程 10.5.3. ebfm_barrd_wait处理过程 10.5.4. ebfm_barrd_nowt处理过程 10.5.5. ebfm_cfgwr_imm_wait处理过程 10.5.6. ebfm_cfgwr_imm_nowt处理过程 10.5.7. ebfm_cfgrd_wait处理过程 10.5.8. ebfm_cfgrd_nowt处理过程 10.5.9. BFM配置处理过程 10.5.10. BFM共享存储器访问处理过程 10.5.11. BFM日志和消息处理过程 10.5.12. Verilog HDL格式化函数
10.5.9. BFM配置处理过程 x
10.5.9.1. ebfm_cfg_rp_ep处理过程 10.5.9.2. ebfm_cfg_decode_bar处理过程
10.5.10. BFM共享存储器访问处理过程 x
10.5.10.1. 共享存储器常量 10.5.10.2. shmem_write任务 10.5.10.3. shmem_read函数 10.5.10.4. shmem_display Verilog HDL函数 10.5.10.5. shmem_fill处理过程 10.5.10.6. shmem_chk_ok函数
10.5.11. BFM日志和消息处理过程 x
10.5.11.1. ebfm_display Verilog HDL函数 10.5.11.2. ebfm_log_stop_sim Verilog HDL函数 10.5.11.3. ebfm_log_set_suppressed_msg_mask任务 10.5.11.4. ebfm_log_set_stop_on_msg_mask Verilog HDL任务 10.5.11.5. ebfm_log_open Verilog HDL函数 10.5.11.6. ebfm_log_close Verilog HDL函数
10.5.12. Verilog HDL格式化函数 x
10.5.12.1. himage1 10.5.12.2. himage2 10.5.12.3. himage4 10.5.12.4. himage8 10.5.12.5. himage16 10.5.12.6. dimage1 10.5.12.7. dimage2 10.5.12.8. dimage3 10.5.12.9. dimage4 10.5.12.10. dimage5 10.5.12.11. dimage6 10.5.12.12. dimage7
11. 故障排查与观察链路 x
11.1. 故障排查 11.2. PCIe链路检查工具概述
11.1. 故障排查 x
11.1.1. Polling.Active状态后仿真进程失败 11.1.2. 硬件启动问题 11.1.3. 链路训练 11.1.4. 使用第三方PCIe分析程序
11.2. PCIe链路检查工具概述 x
11.2.1. PCIe* Link Inspector硬件
11.2.1. PCIe* Link Inspector硬件 x
11.2.1.1. 使能 PCIe* Link Inspector 11.2.1.2. 启动 PCIe* Link Inspector 11.2.1.3. PCIe* Link Inspector LTSSM监控工具 11.2.1.4. 访问配置空间和收发器寄存器 11.2.1.5. 其他状态命令
11.2.1.3. PCIe* Link Inspector LTSSM监控工具 x
11.2.1.3.1. LTSSM监控寄存器 11.2.1.3.2. ltssm_save2file <file_name> 11.2.1.3.3. ltssm_file2console 11.2.1.3.4. ltssm_debug_check 11.2.1.3.5. ltssm_display <num_states> 11.2.1.3.6. ltssm_save_oldstates
11.2.1.4. 访问配置空间和收发器寄存器 x
11.2.1.4.1. PCIe* Link Inspector命令 11.2.1.4.2. NPDME PLL和通道命令 11.2.1.4.3. 寄存器地址映射
11.2.1.5. 其他状态命令 x
11.2.1.5.1. 显示PLL锁定和校准状态寄存器
A. PCI Express核架构 x
A.1. 事务层（Transaction Layer） A.2. 数据链路层（Data Link Layer） A.3. 物理层（Physical Layer）
C. 文档修订历史 x
C.1. L-tile和H-tile Avalon® 存储器映射 Intel® FPGA IP PCI Express* 用户指南
1. 介绍
2. 快速入门指南
3. 接口概述
4. 参数
5. 使用IP Core进行设计
6. 块描述
7. 寄存器
8. DMA描述符控制器的编程模型
9. Avalon® -MM根端口的编程模型
10. Avalon-MM测试台和设计实例
11. 故障排查与观察链路
A. PCI Express核架构
B. 根端口枚举
C. 文档修订历史

3.1. 内部例化描述符控制器时的Avalon-MM DMA接口

在组件GUI中选择Enable Avalon-MM DMA和Instantiate internal descriptor controller获得该配置结果。

下图显示为以软逻辑实现的Avalon-MM DMA桥接。它通过 Avalon® -ST接口对接PCIe的Hard IP。

下图中， Avalon® -ST连接和BAR0非突发主接口到Descriptor Controller从接口的连接均为内部连接，并以黑色虚线表示。Descriptor Controller Master和非突发Slave间的连接以及Read DMA Data Master和Descriptor Table Slave间的连接都通过Platform Designer创建。图中蓝色线表示这些连接。

注： 下图和文字描述中，术语Read和Write以系统存储器角度出发。因此，Read事务从系统存储器读取数据并将其写入 Avalon® -MM地址空间中的局部存储器。Write事务将从 Avalon® -MM地址空间的局部存储器中读取的数据写入系统存储器。
图 19. 具有可选内部描述符控制器的Avalon-MM DMA桥结构图（显示为DMA写流程）

本图示中的数字描述了DMA写流程中的步骤如下：

  1. CPU写入Descriptor Controller Slave中的寄存器以启动DMA。
  2. Descriptor Controller指示Read Data Mover获取描述符列表。
  3. Read Data Mover将描述符列表转发到PCIe Write Descriptor Table Slave。
  4. Descriptor Controller指示Write Data Mover传输数据。
  5. Write Data Mover将FPGA数据传输到系统存储器。
  6. Write Data Mover使用done位来通知描述符控制器数据传输已完成。
  7. Descriptor Controller Master更新系统存储器中描述符列表的状态。
  8. Descriptor Controller Master向主机发送MSI中断。
图 20. 具有可选内部描述符控制器的Avalon-MM DMA桥结构图（显示为DMA读流程）

本图示中的数字说明DMA读流程中的步骤如下：

  1. CPU写入Descriptor Controller Slave中的寄存器以启动DMA。
  2. Descriptor Controller指示Read Data Mover获取描述符列表。
  3. Read Data Mover将描述符列表转发到PCIe Write Descriptor Table Slave。
  4. Descriptor Controller指示Read Data Mover传输数据。
  5. Read Data Mover将数据从系统存储器传输到FPGA。
  6. Read Data Mover使用done位来通知描述符控制器数据传输已完成。
  7. Descriptor Controller Master更新系统存储器中描述符列表的状态。
  8. Descriptor Controller Master向主机发送MSI中断。

当桥接中包含可选Descriptor Controller时，Avalon-MM桥接包含以下 Avalon® 接口以实现DMA功能：

  • PCIe Read DMA Data Master (rd_dma)：此为256-bit宽，只写Avalon-MM主接口，它支持最多16个周期的rd_dma*前缀突发。Read Data Mover使用该接口对从 PCIe* 系统存储空间读取的数据块进行高吞吐量写入。该接口将描述符写入Read和Write Descriptor table slave以及任何与 Avalon® -MM连接的从接口。
  • PCIe Write DMA Data Master (wr_dma)：此只读接口将数据块以高吞吐量从Avalon-MM域传输到PCI Express存储空间。并驱动其突发Avalon-MM主接口上的读事务。还通过来自 Avalon® -MM读数据载荷创建PCIe Memory Write（MWr）TLP。将MWr TLP转发到Hard IP来实现链路上的传输。Write Data Mover模块将传输分解为所需数量的Avalon-MM突发读事务和PCIe MWr TLP。此为具有wr_dma*前缀的256-bit突发Avalon-MM接口。
  • PCIe Read Descriptor Table Slave (rd_dts)：这个是256-bit Avalon-MM从接口，它支持最多16个周期写突发。PCIe Read DMA Data Master将描述符写入该表。该连接在DMA桥接外创建，因为Read Data Mover通常还与其他Avalon-MM slave连接。该接口的前缀为rd_dts。
  • PCIe Write Descriptor Table Slave (wr_dts)：256-bit Avalon-MM从接口，它支持最多16个周期写突发。PCIe Read DMA Data Master将描述符写入该表。PCIe Read DMA Data Master必须在DMA桥接以外与该接口连接，因为突发主接口可能也需要与PCIe Read Data Mover目的地连接。该接口的前缀为wr_dts。
  • Descriptor Controller Master（DCM）：32-bit，非突发Avalon-MM主接口，带有只写功能。其控制将单个DWORD DMA状态信息发送到主机的非突发Avalon-MM从接口。这些接口的前缀为 wr_dcm和rd_dcm。
  • Descriptor Controller Slave（DCS）：32-bit非突发Avalon-MM从接口，具读写访问权限。主机通过BAR0 Non-Bursting Avalon-MM Master访问该接口以对Descriptor Controller进行编程。
    注： 它并非Avalon-MM桥接的顶层接口。由于该接口与BAR0连接，因此无法使用BAR0访问其他Avalon-MM从接口。
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