1分钟学会如何提升PCIe通信速率，基于RK3568J + FPGA国产平台！

陈工-创龙科技

测试数据汇总

表 1

PCIe总线介绍
PCIe，即PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准。主要用于扩充计算机系统总线数据吞吐量以及提高设备通信速度。

图 1

DMA技术介绍
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种让硬件外设直接与存储器进行数据交换的技术，无需CPU参与数据传输过程。
使用非DMA方式进行数据传输时，外设与内存之间的数据搬运需要依靠CPU来完成。这意味着每次数据传输都需要CPU的介入，导致CPU资源占用较高，并且数据传输速度相对较低。
使用DMA方式进行数据传输时，外设可以直接与内存进行数据交换。减少了CPU的介入和中断处理，数据传输过程更加流畅和高效。

图 2

RK3568J + FPGA典型应用场景

图 3

基于RK3568J + FPGA的PCIe通信案例
本文主要介绍基于RK3568J + FPGA的PCIe通信案例，适用开发环境如下：
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
Linux开发环境：VMware15.5.5、Ubuntu18.04.4 64bit
U-Boot：U-Boot-2017.09
Kernel：Linux-4.19.232、Linux-RT-4.19.232
LinuxSDK：LinuxSDK-[版本号]（基于rk356x_linux_release_v1.3.1_20221120）
硬件平台：创龙科技TL3568F-EVM工业评估板
（基于瑞芯微RK3568J + 紫光同创Logos-2）
为了简化描述，本文仅摘录部分方案功能描述与测试结果，详细产品资料可以通过公众号（Tronlong创龙科技）下载。
案例说明
ARM端基于PCIe总线对FPGA DRAM进行读写测试。应用程序通过ioctl函数发送命令开启DMA传输数据后，等待驱动上报input事件；当应用层接收到input事件，说明DMA传输数据完成。
程序流程如下图所示。

图 4

（1）ARM端程序原理说明如下：
a)采用DMA方式；
b)将数据写至dma_memcpy驱动申请的连续内存空间（位于DDR）；
c)配置DMA，如源地址、目标地址、传输的数据大小等；
d)写操作：通过ioctl函数启动DMA，通过PCIe总线将数据搬运至FPGA DRAM；
e)程序接收驱动上报input事件后，将通过ioctl函数获取DMA搬运数据耗时，并计算DMA传输速率（即写速率）；
f)读操作：通过ioctl函数启动DMA，通过PCIe总线将FPGA DRAM中的数据搬运至dma_memcpy驱动申请的连续内存空间（位于DDR）；
g)程序接收驱动上报input事件后，将数据从内核空间读取至用户空间，然后校验数据，同时通过ioctl函数获取DMA搬运数据耗时，并计算DMA传输速率（即读速率）。
（2） FPGA端程序原理说明如下：
a)实现PCIe Endpoint功能；
b)处理PCIe RC端发起的PCIe BAR0空间读写事务；
c)将PCIe BAR0读写数据缓存至FPGA DRAM中。
案例演示
评估板上电启动后，进入评估板文件系统执行如下命令，将随机数据先写入FPGA DRAM，再从FPGA DRAM读出。测试完成后，程序将会打印最终测试结果，包含读写平均传输耗时、读写平均传输速率、读写错误统计等信息。
Target#./dma_memcpy_demo -a 0xf0200000 -s 65536 -c 100 -d /dev/input/event6

图 5

表 2 测试结果说明

到这里，我们的演示步骤结束。想要查看更多瑞芯微RK3568J + FPGA相关的案例演示，欢迎各位工程师通过公众号（Tronlong创龙科技）下载，快来试试吧！