Altera PCIe高性能参考设计：FPGA DMA与Windows应用

PCI Express (PCIe) 高性能参考设计是一份由Altera公司开发的文档，专为评估和演示其FPGA（Field-Programmable Gate Array）在PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）接口上的性能而设计。该设计主要关注的是在FPGA中实现的PCIe端点功能，它支持高速数据传输，特别是通过链式直接存储通路（DMA），即DMA引擎，能够在内部存储器和系统存储器之间高效地传输数据。 设计的关键组成部分包括一个PCIe硬件实现，用于模拟各种Altera器件，如Arria IIGX、Arria V、Arria 10、Cyclone IV GX、Cyclone V、Stratix IV GX 和 Stratix V，这些器件都配备了PCIe硬核IP和软核IP。硬核IP可以作为根端口或端点工作，且根据所使用的设备版本，支持PCIe 1.1、2.0或3.0规范。软核IP仅限于作为端点，并支持1.0a或1.1规范。 此外，该参考设计还包括一个基于Windows的操作系统软件，用于配置DMA传输，监控数据传输过程，并显示传输结果。用户可以通过这个工具评估这些FPGA器件在PCIe协议下的吞吐量性能。吞吐量受多种因素影响，如协议开销（由于8B/10B编码导致的数据转换和额外时钟周期）、负载量、完成延迟、流程控制更新延迟以及构成链路的器件特性等。 在PCIe 1.1和1.2规格下，因为采用了8B/10B编码技术，每个数据字节会被扩展为10位，这增加了25%的开销，导致实际数据速率下降。例如，Gen 1和Gen 2的带宽限制在2 Gbps，相当于每通道250 MBps。 这份参考设计提供了一个实战平台，让工程师能够深入了解PCIe在FPGA中的工作原理，优化硬件设计，并确保设备在不同应用环境中的性能表现。同时，它也展示了如何结合硬件和软件来评估和优化PCIe设备的效率，对于从事高性能计算、数据中心通信等领域的人来说，具有很高的实用价值。