PCIE_DMA实例二：xapp1052的EDK仿真

一：前言

这篇博客是我应一位网友之约写的，他想要学习基于FPGA的PCIe DMA控制器设计，但是手上没有合适的Xilinx开发板，而且xapp1052又没有提供仿真代码，让他的学习陷入了困境。所以我想了想，还是用EDK搭建一个微小系统，然后用modelsim来仿真xapp1052的DMA收发控制，这样应该是最全面的理解PCIe_DMA了，希望对大家都有帮助。

二：前期准备

1、Xapp1052 Demo（http://download.csdn.net/download/yuzeren48/7723795）

2、ISE14.1套件

3、基本会使用EDK（主要是Xilinx Platform Studio，XPS 和 Software Development Kit，SDK）

三：操作步骤

1、编译库文件，将D:\Xilinx\14.1\ISE_DS\ISE\verilog\mti_se\10.1b\nt\modelsim.ini中选中部分复制粘贴到D:\modeltech_10.1b\modelsim.ini中

2、打开XPS，新建一个最小系统，使用microblaze和PLB总线，总线上挂载的硬件IP如图2所示，硬件的总线地址如图3所示。

图2 硬件IP

图3 硬件IP总线地址

3、完成硬件系统搭建后，导出到SDK

4、打开SDK后，先新建一个BSP包，步骤请参考《Xilinx FPGA开发实用教程》

然后新建一个空的Xilinx C Project，命名为example。

在E:\xapp1052\dma_performance_demo\win32_sw\win32_driver\source下找到ioctrl.h，复制粘贴到E:\pcie_edk\EDK\workspace\example\src

在src中添加C文件，命名为RC_example.c。再将

D:\Xilinx\14.1\ISE_DS\EDK\sw\XilinxProcessorIPLib\drivers\pcie_v4_01_a\examples\xpcie_rc_enumerate_example.c中的代码复制到RC_example.c中

对RC_example.c做如下修改：

//#define PCIE_CFG_BAR_0_ADDR         0x11110000
#define PCIE_EP_CFG_BAR_0_ADDR       0x0000FFFF        // Remote EP BAR0
#define PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR      0x0000EEEE         // RC BAR0

添加：

//-------------------BMD Mrd Test
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET)             = Xil_EndianSwap32(0x00000001);      //1. DMA assert reset
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET)             = Xil_EndianSwap32(0x00000000);        //
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_ADDR_OFFSET)       = PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR;            //2. Read DMA TLP Address Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_SIZE_OFFSET)       = Xil_EndianSwap32(0x0000050/);     //3. Read DMA TLP Size Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_COUNT_OFFSET)      = Xil_EndianSwap32(0x00000100);      //4. Read DMA TLP Count Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_PATTERN_OFFSET)    = Xil_EndianSwap32(0xA3A2A1A0);      //5. Read DMA Data Pattern Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCSR_OFFSET)            = Xil_EndianSwap32(0x00010000);      //7. MWr start

或者

//-------------------BMD Mrd Test
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET)             = Xil_EndianSwap32(0x00000001);      //1. DMA assert reset
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET)             = Xil_EndianSwap32(0x00000000);        //
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_ADDR_OFFSET)       = PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR;            //2. Read DMA TLP Address Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_SIZE_OFFSET)       = Xil_EndianSwap32(0x0000050/);     //3. Read DMA TLP Size Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_COUNT_OFFSET)      = Xil_EndianSwap32(0x00000100);      //4. Read DMA TLP Count Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_PATTERN_OFFSET)    = Xil_EndianSwap32(0xA3A2A1A0);      //5. Read DMA Data Pattern Register
*(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCSR_OFFSET)            = Xil_EndianSwap32(0x00010000);      //7. MWr start

在初始化RC端配置寄存器时，添加代码：

//---------------------------------------------------- Configure RC
//Write Address to PCIe BAR0
HeaderData = PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR;
XPcie_WriteLocalConfigSpace(XlnxRootComplexPtr, PCIE_CFG_BAR_0_REG, HeaderData);

将RC端pcie_bar0设为0x0000EEEE （有大小端，故实际地址为0xEEEE0000）。

在枚举使需要初始化远端EP，修改代码，使能master enable bit：

ConfigData |= (PCIE_CFG_CMD_BUSM_EN | PCIE_CFG_CMD_MEM_EN | 0x80000000    //master enable bit ); 

修改EP端pcie_bar0为0x0000FFFF（有大小端，故实际地址为0xFFFF0000）：

/* Write Address to PCIe BAR0 */
ConfigData = (PCIE_EP_CFG_BAR_0_ADDR | PCIeBusNum | PCIeDevNum | PCIeFunNum);

最后，去掉所有printf函数，打印太慢了，影响仿真。

编译后生成elf文件，打开XPS，设置sim executable：

在Edit中设置preference

然后点击Generate HDL Files，再Launch Simulator

在打开的modelsim脚本栏中输入c;

完成RC编译，再输入s; 开始对RC端仿真。

5、若要仿真整个PCIE DMA，则需要修改..\EDK\simulation\behavioral文件夹下的system_tb.v，在system_tb.v中加入EP端用户逻辑，修改如下：

// START USER CODE (Do not remove this line)

  // User: Put your stimulus here. Code in this
  //       section will not be overwritten.
 initial
    begin
      pcie_sysclk_p = 'b1;
      forever #(fpga_0_clk_1_sys_clk_p_pin_PERIOD)
        pcie_sysclk_p = ~pcie_sysclk_p;   //100MHz
    end

  initial
    begin
      pcie_sysclk_n = 'b0;
      forever #(fpga_0_clk_1_sys_clk_p_pin_PERIOD)
        pcie_sysclk_n = ~pcie_sysclk_n;   //100MHz
    end

reg EP_pcie_sysclk_p;
reg EP_pcie_sysclk_n;

  initial
    begin
      EP_pcie_sysclk_p = 'b1;
      forever #()
        EP_pcie_sysclk_p = ~EP_pcie_sysclk_p;   //125 MHz
    end

  initial
    begin
      EP_pcie_sysclk_n = 'b0;
      forever #()
        EP_pcie_sysclk_n = ~EP_pcie_sysclk_n;   //125 MHz
    end

wire ep_pci_exp_txp;
wire ep_pci_exp_txn;

    always@* begin
        plbv46_pcie_0_RXP_pin = ep_pci_exp_txp;
        plbv46_pcie_0_RXN_pin = ep_pci_exp_txn;
    end

xilinx_pcie_2_0_ep_v6 # (

      .PL_FAST_TRAIN("TRUE")

)
EP (

      // SYS Inteface
      .sys_clk_p(EP_pcie_sysclk_p),
      .sys_clk_n(EP_pcie_sysclk_n),
      .sys_reset(fpga_0_rst_1_sys_rst_pin),

`ifdef ENABLE_LEDS
      // Misc signals
      .led_0(led_0),
      .led_1(led_1),
      .led_2(led_2),
`endif

      // PCI-Express Interface
      .pci_exp_txn(ep_pci_exp_txn),
      .pci_exp_txp(ep_pci_exp_txp),
      .pci_exp_rxn(plbv46_pcie_0_TXN_pin),
      .pci_exp_rxp(plbv46_pcie_0_TXP_pin)

);
  // END USER CODE (Do not remove this line)

为了仿真方便，修改system_tb.v后，在E:\pcie_edk\EDK\simulation下新建bmd_sim文件夹，将behavioral文件夹下的system_tb.v拷贝到bmd_sim文件夹中，编写simulate_mti.do文件，将需要编译的ep端文件（主要包括pcie硬核和xapp1052DMA）写成.f文件。

vlog -work work +incdir+E:/pcie_edk/Coregen/EP_1_7/v6_pcie_v1_7/example_design \
        +define+SIMULATION \
        +define+PCIE2_0 \
        $env(XILINX)/verilog/src/glbl.v \
      -f ../bmd_sim/ep_v6.f
vlog -work work ../bmd_sim/system_tb.v

6、打开modelsim，输入以下脚本

cd E:/pcie_edk/EDK/simulation/behavioral

do system_setup.do

c;

do ../bmd_sim/simulate_mti.do

s;

do ../bmd_sim/wave.do

run all

四：仿真结果

这里只贴出DMA写操作的仿真结果

Ep端DMA发送

RC端接收

写入BRAM

五：总结

从搭建系统到最后仿真，工作量还是比较大的。一篇博客很难把每一步都讲得仔仔细细，小编把里面最重要的几个点都给出来了，希望能够帮到有需要的朋友。

对于初学者，可能看了这篇博客觉得不够详细，没法真正理解PCIe DMA的使用，所以小编在最后留下一个支付宝账号【账户：bubble_fish@yeah.net  姓名：俞则人】，10元/份出售以上全部EDK工程文件以及modelsim仿真文件，这样做的目的一是为了激发您学习的动力（花钱买来的东西终究比免费得来的更加珍惜），二是为了赞助我的泡泡鱼团队基金，尊重每一位码农的劳动成果！