FPGA实现的PCIe协议解析：组装与分解

本篇文章主要探讨了PCIe层协议在基于FPGA设计中的组装和分解过程，着重于高速IO技术在PCI Express (PCIe)架构中的应用。PCIe是一种广泛应用于现代计算机系统的高性能接口标准，它支持数据传输速率的显著提升。 文章首先介绍了基本的I/O概念，区分了单端输入和差分信号。单端输入使用单一信号线进行逻辑判断，而差分信号通过一对V+和V-信号线传输，具有更强的抗干扰能力、EMI抑制效果以及精确的时间定位。在IC通信速度提升的需求下，差分信号的优势逐渐显现，尤其适用于长距离传输和高速通信。 接下来，文章讨论了两个IC间通信的三种时序模型：系统同步、源同步和自同步。系统同步是所有设备共享同一时钟源，但在高速通信中，如FPGA和ASIC中，源同步被引入以解决时钟延迟问题。源同步允许发送方在数据的同时发送时钟副本，简化时序参数，但会导致时钟域数量增加，对于FPGA和ASIC等器件带来挑战，特别是在大型并行总线设计中。 自同步则是发送芯片同时包含数据和时钟信息，其核心模块包括并串转换（如可装载移位寄存器和回转选择器）、串并转换以及时钟数据恢复（PLL）。并串转换负责将并行数据转换为串行形式，而串并转换则反之，PLL则负责从接收到的不准确时钟信号中恢复出稳定的时钟。 总结来说，本文深入剖析了PCIe协议在FPGA设计中的实现细节，包括信号处理技术、时序模型的选择及其优缺点，这对于理解和设计高性能、低延迟的PCIe接口系统至关重要。通过掌握这些原理，工程师能够更好地优化基于FPGA的PCIe设计，提升系统的性能和可靠性。