Multi-Channel High Performance PCIe QDMA&RDMA IP
- 介紹
基于PCI Express Integrated Block，Multi-Channel PCIe QDMA Subsystem實現了使用DMA地址隊列的獨立多通道、高性能Continous（CDMA）或Scather Gather DMA（SGDMA），提供FIFO/AXI4-Stream用戶接口，FIFO用戶接口支持Stream（數據流方式）和Packet（數據幀方式）模式。
基于PCI Express Integrated Block，Multi-Channel PCIe RDMA Subsystem實現了使用DMA Ring緩沖的獨立多通道、高性能/超低延時/超低抖動Continous Ring DMA，提供FIFO/AXI4-Stream用戶接口，FIFO用戶接口支持Stream（數據流方式）和Packet（數據幀方式）模式。
- 特性
- 支持Ultrascale+，Ultrascale，7 Series的PCI Express Integrated Block
- 支持PCIe 2.0，3.0，4.0速度；PCIe x4，x8，x16鏈路寬度
- 支持64，128，256，512-bit數據路徑
- 64-bit源地址，目的地址，和描述符地址
- 多達8個獨立的host-to-card（H2C/Read）數據通道或H2C DMA，H2C DMA效率高達90%以上
- 多達8個獨立的card-to-host（C2H/Write）數據通道或C2H DMA，C2H DMA效率高達90%以上
- AXI4-Stream/FIFO用戶接口（每個通道都有自己的AXI4-Stream/FIFO接口）
- FIFO用戶接口支持Stream（數據流方式）和Packet（數據幀方式）模式
- 每個DMA引擎支持DMA地址隊列，隊列深度可達32
- 每個DMA引擎支持DMA Ring緩沖，Ring緩沖深度和個數可配置
- RDMA的超低延時和超低抖動性
- H2C DMA支持視頻顯示定時時序輸入控制
- AXI4-Lite Master接口允許PCIe通信繞過DMA引擎
- Scather Gather描述符列表支持無限列表大小
- 每個描述符的最大傳輸長度為4GB
- MSI中斷
- 連續描述符的塊獲取，支持描述符預取
- 中斷或查詢模式
- 應用
本內核體系結構支持廣泛的計算和通信目標程序應用，強調性能、成本、可擴展性、功能可擴展性和關鍵任務可靠性。典型應用包括：
● 數據通信網絡
● 電信網絡
● 寬帶有線和無線應用
● 網絡接口卡
● 用于各種應用程序的服務器add-in card
典型應用如下圖所示：
圖 1 Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem典型應用：8通道視頻采集和視頻顯示
- 概述
Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem作為一個高性能DMA數據搬移器，內核通過AXI4-Stream/FIFO接口直接連接RTL邏輯。使用提供的字符驅動程序，AXI4-Stream/FIFO接口可用于PCIe地址空間和AXI地址空間之間的高性能數據搬移。除了基本的DMA功能，DMA支持多達8個獨立的upstream和downstream通道，每個通道支持深度為32的DMA地址隊列，以及深度和個數可配置的DMA Ring緩沖，另外還允許PCIe通信繞過DMA引擎。
圖 2 Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem概述
- 特性概要
基于描述符提供的信息：源地址，目的地址和傳輸數據長度，Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem實現Host存儲器和PCIe DMA子系統之間的數據搬移。這些DMA可以同時是Host to Card（H2C）和Card to Host（C2H）傳輸。每個DMA通道對應各自的AX4-Stream/FIFO接口，DMA從Host存儲器獲取并解析描述符鏈表，基于描述符鏈表信息完成自己通道的數據傳輸，然后使用MSI中斷發出描述符完成或錯誤的信令。內核也提供多達16個輸出到Host的用戶中斷信號。
每個FIFO接口支持Stream（數據流方式）和Packet（數據幀方式）模式。在Stream（數據流方式）模式下，C2H和H2C的DMA長度必須是XFER_BYTE的整數倍，FIFO接口上的數據按照數據流方式進行傳輸（即無keep和last指示）；在Packet（數據幀方式）模式下，C2H和H2C的DMA長度是可以任意字節，FIFO接口上的數據帶keep和last指示，按照數據幀方式進行傳輸。
主機可以通過以下2個接口訪問用戶邏輯：
- AXI4-Lite Master配置接口：這個接口是一個固定的32-bit端口，用于對性能要求不高的用戶配置和狀態寄存器的訪問
- User Register：這個接口是多個32-bit向量信號和1-bit信號，這些信號來自對應DMA通道數據搬移過程中產生的控制或狀態信號
- 產品規格
結合Integrated Block for PCI Express IP，Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem為PCIe提供了一個高性能的DMA解決方案。
- 性能
Endpoint配置參數：
- Max Payload Size=256-byte
- Max Read Request Size=512-byte
- DMA Transfer Length = 4MB
C2H & H2C DMA性能：
- PCIe 3.0 x16，C2H DMA和H2C DMA速度大于14GB/s
- PCIe 3.0 x8，C2H DMA和H2C DMA速度大于7GB/s
- PCIe 2.0 x8，C2H DMA和H2C DMA速度大于3.6GB/s
- PCIe 2.0 x4，C2H DMA和H2C DMA速度大于1.7GB/s
- 資源
表1 PCIe 3.0 x16 DMA Subsystem資源（8通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 66500 | 118524 | 82 | 1 |
表2 PCIe 3.0 x8 DMA Subsystem資源（8通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 31688 | 53997 | 41 | 1 |
表3 PCIe 2.0 x8 DMA Subsystem資源（8通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 29809 | 39266 | 20 | 1 |
表4 PCIe 2.0 x4 DMA Subsystem資源（8通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 26887 | 31786 | 33 | 1 |
表5 PCIe 3.0 x16 DMA Subsystem資源（1通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 31889 | 64675 | 37 | 1 |
表6 PCIe 3.0 x8 DMA Subsystem資源（1通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 8690 | 18231 | 17 | 1 |
表7 PCIe 2.0 x8 DMA Subsystem資源（1通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 8496 | 12404 | 8 | 1 |
表8 PCIe 2.0 x4 DMA Subsystem資源（1通道）
LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
資源 | 6465 | 8088 | 12 | 1 |
- 驅動程序
- Windows WDF (Queue or Non-Queue，Ring)
- Linux (Queue or Non-Queue，Ring)
- V4L2
- 交付清單
可交付資料：
1. 詳細的用戶手冊
2. 設計文件：源代碼或網表
3. 時序約束
4. 測試或Demo工程
5. 技術支持：郵件，電話，現場，培訓服務
