基于FPGA的高速串行数据传输的设计与实现

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:looksky1989
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针对不同项目的需求,本文设计了两个高速接口。某信号处理机在传送数据时对传输速度有很高的要求。USB 3.0接口在市场上已经广泛普及,并且具有即插即用、传输速度快、兼容性强等优点,最大传输速度可达5Gbps。在此背景下,本文首先设计了以FPGA为控制中心、DDR2 SDRAM为数据缓存、USB 3.0接口作为与计算机进行数据通信接口的高速数据传输电路。视频采集卡是进行视频处理必不可少的硬件设备,对数据传输要求也很高,在研究和分析现有的高速数据传输接口技术的前提下,将PCI Express总线技术作为研究对象,根据任务需求基于FPGA对PCI Express总线接口进行了程序设计,并在计算机上开发了硬件设备的驱动程序和性能测试软件。论文首先对两种接口技术的研究背景、国内外研究现状和接口协议进行了介绍,然后根据任务设计要求,分别构建了传输电路的系统框图。USB 3.0接口主要工作是设计了一种以FPGA内部的片上FIFO和DDR2 SDRAM为架构的高速缓存器,设计了USB 3.0在从FIFO工作模式下的GPIF Ⅱ状态机,完成了VHDL控制程序的编写;PCI-E接口主要工作是在FPGA中实现了PCI-E接口逻辑,通过PIO设计对内部寄存器进行读写操作,验证了PCI-E存储器读写以及完成等事务逻辑。数据传输使用DMA方式,介绍了DMA引擎模块的设计方法,对DMA读写操作的流程进行了分析。经测试,USB 3.0接口可以稳定的实现155MB/S的数据无误差传输,解决了数据传输速度瓶颈;PCI-E接口经过实际测试,DMA数据传输速度能达到1403MB/s,满足系统的数据传输需求。
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