FPGA實現SRIO高速接口與DSP交互，FPGA+DSP異構方案，提供3套工程源碼和技術支持

1、前言：SRIO在FPGA+DSP架構中的作用

SRIO簡介：

RapidIO 是由 Motorola 和 Mercury 等公司率先倡導的一種高性能、 低引腳數，基于數據包交換的互連體系結構，是為滿足高性能嵌入式系統需求而設計的一種開放式互連技術標準；SRIO 包含三層結構協議，即物理層、傳輸層、邏輯層，SRIO體系結構如下：

邏輯層：定義包的類型、大小、物理地址、傳輸協議等必要配置信息。
傳輸層：定義包交換、路由和尋址規則，以確保信息在系統內正確傳輸。
物理層：包含設備級接口信息，如電氣特性、錯誤管理數據和基本流量控制數據等信息。

SRIO收發邏輯框圖如下：

SRIO（Serial RapidIO）在FPGA+DSP異構架構中扮演著高速數據通道與系統互連核心的角色，其作用與優勢主要體現在以下方面：

SRIO的核心作用
1、高速數據通道
實時數據傳輸：FPGA負責前端數據采集（如雷達回波、圖像信號），通過SRIO將原始數據直接傳輸至DSP處理，速率可達 8-10 Gbps（實測效率＞80%理論值）。
低延遲交互：點對點傳輸延遲僅微秒級，滿足實時處理需求（如電機控制、雷達成像）。
2、直接內存訪問（DMA）
DSP可通過SRIO直接讀寫FPGA的片上存儲或外掛DDR，無需CPU干預。例如：
SWRITE事務實現零開銷突發傳輸，效率達95%以上。
FPGA作為協處理器時，DSP直接獲取處理結果（如濾波后圖像）。
3、可靠消息通知
門鈴（Doorbell）中斷：DSP向FPGA發送16位輕量級消息，觸發實時響應（如任務啟動/停止）。
中斷延遲＜1μs，優于傳統GPIO。
4、系統級擴展性
通過SRIO交換器連接多DSP/FPGA，構建分布式計算網絡（如4個DSP+FPGA的基帶處理卡）。
支持動態路由與多播傳輸，適應復雜拓撲。

SRIO的技術優勢
1、高帶寬與低延遲

2、硬件級可靠性
錯誤檢測與重傳：內置CRC校驗與鏈路層重傳機制，誤碼率＜10?12。
路徑冗余：支持多路徑備份，單點故障不影響系統運行（關鍵用于航天電子）。
3、靈活的協議支持
傳輸模式：
Direct I/O：直接存儲映射（NWRITE/NREAD），適合大數據塊傳輸。
Message Passing：信箱機制，支持復雜命令交互（如FPGA向DSP發送狀態報告）。
物理層適配：支持1x/2x/4x鏈路聚合，兼容背板（VPX）、光模塊等連接方式。
4、低功耗設計
相比PCIe，SRIO功耗低30-40%（實測1.5W@5Gbps）。
靜態功耗＜0.1W，適合電池供電設備（如無人機雷達）。

典型應用場景
1、實時圖像處理系統

FPGA完成像素校正，DSP執行AI識別，傳輸延遲＜10ms
2、無線通信基帶
FPGA處理ADC采樣數據，經SRIO分發至多DSP核（如LDPC解碼）。
支持5G Massive MIMO的μs級波束成型。
3、高可靠性系統
航天器中的FPGA+DSP通過SRIO互連，抗輻射設計（如三模冗余）確保太空環境下的數據傳輸

總結
SRIO在FPGA+DSP架構中的核心價值是：
? 突破總線瓶頸：提供＞8Gbps的穩定帶寬，替代共享總線。
? 實現異構協同：FPGA并行預處理 + DSP復雜算法，通過SRIO無縫銜接。
? 構建高可靠網絡：冗余鏈路與硬件校驗機制，滿足軍工/航天級需求

工程概述

本文詳細描述了Xilinx的7系列FPGA實現FPGA實現SRIO高速接口與DSP交互；以下從FPGA工程和DSP工程兩個方向描述整個設計：

FPGA工程

FPGA工程調用Xilinx官方的SRIO IP核實現SRIO協議的物理層、傳輸層、邏輯層，作為SRIO的從設備（target），SRIO IP核留出了用戶邏輯接口，用戶只需要寫自己的邏輯電路與之對接即可完成SRIO通信；本設計只做簡單的數據緩存和讀寫，所以用戶邏輯為純verilog代碼實現的請求響應事務模塊，模塊例化了兩個RAMB36SDP的BRAM原語用戶數據讀寫的緩存（4K Byte），為接收到的請求事務生成對應的響應事務，該模塊參考了Xilinx官方SRIO IP核的仿真工程，根據請求-響應機制構造HELLO數據包，并根據讀寫地址操作BRAM以實現基于SRIO協議的數據收發架構；

DSP工程

DSP工程實現 DSP作為SRIO主設備（Initiator），通過SRIO總線與遠程設備通信，進行高速數據傳輸測試。核心功能包括SRIO子系統初始化與鏈路建立、NWRITE/SWRITE寫操作性能測試、NREAD讀操作與數據完整性驗證、傳輸速率實時統計與錯誤檢測等，DSP工程分為裸機工程和RTOS系統工程，裸機工程不帶操作系統，實時性更好，RTOS系統工程帶輕量版RTOS操作系統，穩定性更好，測試結果通過串口打印觀察；

針對市場主流需求，本博客提供3套工程源碼，具體如下：

現對上述3套工程源碼做如下解釋，方便讀者理解：

工程源碼1

開發板FPGA型號為Xilinx公司的XC7K325T-2FFG676I；FPGA工程調用Xilinx官方的SRIO IP核實現SRIO協議的物理層、傳輸層、邏輯層，作為SRIO的從設備（target），SRIO IP核留出了用戶邏輯接口，用戶只需要寫自己的邏輯電路與之對接即可完成SRIO通信；本設計只做簡單的數據緩存和讀寫，所以用戶邏輯為純verilog代碼實現的請求響應事務模塊，模塊例化了兩個RAMB36SDP的BRAM原語用戶數據讀寫的緩存（4K Byte），為接收到的請求事務生成對應的響應事務，該模塊參考了Xilinx官方SRIO IP核的仿真工程，根據請求-響應機制構造HELLO數據包，并根據讀寫地址操作BRAM以實現基于SRIO協議的數據收發架構；

工程源碼2

開發板DSP型號為TI公司的TMS320C6678；DSP工程實現 DSP作為SRIO主設備（Initiator），通過SRIO總線與遠程設備通信，進行高速數據傳輸測試。核心功能包括SRIO子系統初始化與鏈路建立、NWRITE/SWRITE寫操作性能測試、NREAD讀操作與數據完整性驗證、傳輸速率實時統計與錯誤檢測等，本套工程為CCS 裸機工程，不帶操作系統，實時性更好，測試結果通過串口打印觀察；

工程源碼3

開發板DSP型號為TI公司的TMS320C6678；DSP工程實現 DSP作為SRIO主設備（Initiator），通過SRIO總線與遠程設備通信，進行高速數據傳輸測試。核心功能包括SRIO子系統初始化與鏈路建立、NWRITE/SWRITE寫操作性能測試、NREAD讀操作與數據完整性驗證、傳輸速率實時統計與錯誤檢測等，本套工程為CCS RTOS工程，帶RTOS操作系統，穩定性更好，測試結果通過串口打印觀察；

本文詳細描述了FPGA實現SRIO高速接口與DSP交互的設計方案，工程代碼可綜合編譯上板調試，可直接項目移植，適用于在校學生、研究生項目開發，也適用于在職工程師做項目開發，可應用于醫療、軍工等行業的高速接口領域；
提供完整的、跑通的工程源碼和技術支持；
工程源碼和技術支持的獲取方式放在了文章末尾，請耐心看到最后；

免責聲明

本工程及其源碼即有自己寫的一部分，也有網絡公開渠道獲取的一部分(包括CSDN、Xilinx官網、Altera官網等等)，若大佬們覺得有所冒犯，請私信批評教育；基于此，本工程及其源碼僅限于讀者或粉絲個人學習和研究，禁止用于商業用途，若由于讀者或粉絲自身原因用于商業用途所導致的法律問題，與本博客及博主無關，請謹慎使用。。。

2、相關方案推薦

我已有的所有工程源碼總目錄----方便你快速找到自己喜歡的項目

其實一直有朋友反饋，說我的博客文章太多了，亂花漸欲迷人，自己看得一頭霧水，不方便快速定位找到自己想要的項目，所以本博文置頂，列出我目前已有的所有項目，并給出總目錄，每個項目的文章鏈接，當然，本博文實時更新。。。以下是博客地址：
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目前我這里有大量FPGA+DSP異構方案的工程源碼，包括EMIF、SRIO、PCIE等等，對FPGA+DSP異構方案有需求的兄弟可以去看看：
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我這里已有的 GT 高速接口解決方案

我的主頁有FPGA GT 高速接口專欄，該專欄有 GTP 、 GTX 、 GTH 、 GTY 等GT 資源的視頻傳輸例程和PCIE傳輸例程，其中 GTP基于A7系列FPGA開發板搭建，GTX基于K7或者ZYNQ系列FPGA開發板搭建，GTH基于KU或者V7系列FPGA開發板搭建，GTY基于KU+系列FPGA開發板搭建；以下是專欄地址：
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3、工程詳細設計方案

工程設計原理框圖

工程設計原理框圖如下：

FPGA端工程源碼

FPGA端工程源碼架構如下：

FPGA端SRIO從設備（Target）

FPGA工程調用Xilinx官方的SRIO IP核實現SRIO協議的物理層、傳輸層、邏輯層，作為SRIO的從設備（target），SRIO IP核留出了用戶邏輯接口，用戶只需要寫自己的邏輯電路與之對接即可完成SRIO通信；本設計使用Xilinx官方的Serial Rapidlo Gen2 IP核，基礎配置如下：

SRIO配置為5Gbps×4 Lane，對應的GT差分時鐘需為125M；工程代碼中通過配置cdcm61002時鐘芯片輸出125M連接至GTX高速收發器BANK；SRIO設計請參考Xilinx官方數據手冊《pg007_srio_gen2》；I/O 端口配置使用 HELLO 格式包，其他參數保持默認值即可；

FPGA端SRIO請求響應事務模塊

本設計只做簡單的數據緩存和讀寫，所以用戶邏輯為純verilog代碼實現的請求響應事務模塊，模塊例化了兩個RAMB36SDP的BRAM原語用戶數據讀寫的緩存（4K Byte），為接收到的請求事務生成對應的響應事務，該模塊參考了Xilinx官方SRIO IP核的仿真工程，根據請求-響應機制構造HELLO數據包，并根據讀寫地址操作BRAM以實現基于SRIO協議的數據收發架構；
當 Initiator 發過來的寫請求的目標地址的第 31 位到 16 位為 0x1087(address[31:16]=8’h1087)，數據將會存儲至 BRAM；其他所有無需返回響應的寫請求將會被丟棄，該模塊不會為 SWRITE 返回響應。當 Initiator 發過來的讀請求的目標地址的第 31 位到 16 位為 0x1087(address[31:16]=8’h1087)，數據將會從實際地址讀出；
定義 HELLO 格式包頭 FTYPE 字段與 TTYPE 字段的值，這兩個字段的值與事務的類型有關。如下：

將 Initiator 發送的請求 treq_tdata 中的數據，按照 HELLO 格式的定義把對應的關鍵字段分離出來，如下：

生成有響應事務的標志，可看到沒有 SWRITE 的標志，如下：

配置 SRIO Initiator 發送的讀寫事務基地址為 0x10870000；當地址字段的第 31 位到第 16 位為 0x1087，寫事務的數據將會存儲至 BRAM，如下：

生成數據存儲的寫地址信號 data_store_waddr 和讀地址信號 data_store_raddr，該模塊的數據位寬為 64bit，其中地址取了 current_addr[11:3]，而不是從第 0bit 開始取，即一次從 BRAM 讀寫 8Byte 大小的數據，一個地址對應一個字節，所以每讀寫一
次地址需遞增（加 8），如下：

例化一個 RAMB36SDP，用于存儲數據。DATA_WIDTH 為 64bit，ADDR 為 9bit，總容量為 2^9 x (64 / 8) = 512 x 8Byte = 4KByte，如下：

DSP端工程

DSP工程實現 DSP作為SRIO主設備（Initiator），通過SRIO總線與遠程設備通信，進行高速數據傳輸測試。核心功能包括SRIO子系統初始化與鏈路建立、NWRITE/SWRITE寫操作性能測試、NREAD讀操作與數據完整性驗證、傳輸速率實時統計與錯誤檢測等，DSP工程分為裸機工程和RTOS系統工程，裸機工程不帶操作系統，實時性更好，RTOS系統工程帶輕量版RTOS操作系統，穩定性更好，測試結果通過串口打印觀察；

代碼功能概述
此代碼實現 DSP作為SRIO主設備（Initiator），通過Serial RapidIO（SRIO）總線與遠程設備通信，進行高速數據傳輸測試。核心功能包括：
1、SRIO子系統初始化與鏈路建立
2、NWRITE/SWRITE寫操作性能測試
3、NREAD讀操作與數據完整性驗證
4、傳輸速率實時統計與錯誤檢測
DSP端工程流程圖如下：

DSP端SRIO讀寫核心細節
1、SRIO物理層配置（srio_device_init）
關鍵配置參數如下：

// SERDES PLL配置（250MHz參考時鐘→2.5GHz）
CSL_BootCfgSetSRIOSERDESConfigPLL(0x51);  // MPY=10x
// 接收器配置（5Gbps速率）
CSL_BootCfgSetSRIOSERDESRxConfig(i, 0x00468495);  // EQ/CDR/TERM使能
// 發送器配置（5Gbps速率）
CSL_BootCfgSetSRIOSERDESTxConfig(i, 0x001C8F95);  // TAP權重/輸出擺幅

鏈路建立流程如下：

while(!CSL_SRIO_IsPortOk(hSrio, 0)) { // 輪詢端口狀態cpu_delaycycles(1000000);         // 延遲1ms
}

2、數據傳輸機制（srio_test）
NWRITE寫操作配置如下：

tparams.ftype = Srio_Ftype_WRITE;     // 快速非確認寫
tparams.ttype = Srio_Ttype_Write_NWRITE;
tparams.bytecount = 4096;             // 4KB傳輸
tparams.rapidIOLSB = 0x10870000;      // 目標設備地址
tparams.dspAddress = w_buff_global;   // 源數據地址（DSP全局地址）

SWRITE寫操作配置如下：

tparams.ftype = Srio_Ftype_SWRITE;    // 流式寫（低開銷）
tparams.ttype = Srio_Ttype_Write_SWRITE;

NREAD讀操作配置如下：

tparams.ftype = Srio_Ftype_REQUEST;   // 請求類型
tparams.ttype = Srio_Ttype_Request_NREAD; 
tparams.rapidIOLSB = 0x10870000;      // 源數據地址（遠程）
tparams.dspAddress = r_buff_global;   // 目標地址（DSP）

傳輸控制流程
傳輸控制流程如下：

性能計算原理

transStart = _itoll(TSCH, TSCL); // 記錄開始時間戳
// ...傳輸執行...
transCost = _itoll(TSCH, TSCL) - transStart; // 計算周期數// 計算帶寬（Gbps）
w_rate = (transfer_size * 8) * (main_pll_freq / transCost) / 1e9; 

關鍵代碼解析
1、地址轉換機制

w_buff_global = (uint8_t*)Convert_CoreLocal2GlobalAddr((uint32_t)w_buff);

2、數據驗證方法

for(i=0; i<transfer_size; i++) {if(w_buff_global[i] != r_buff_global[i]) {err_count++;// 記錄首個錯誤位置}
}

測試數據生成：基于種子隨機數（保證可重復性）

srand(i); 
w_buff[i] = rand() % 0xFF;

3、傳輸狀態監控

CSL_SRIO_GetLSUCompletionCode(hSrio, LSU_Number, transactionID, &uiCompletionCode, &context);

DSP端性能測試結果
典型輸出示例如下：

=== loop times: 0 | err_count: 0 | 
trans_size: 4096 Byte | NWRITE write times: 1200 ns(3.28 Gbps) | 
NREAD read times: 1500 ns(2.73 Gbps)SRIO test 8 cycles, errcnt: 0, total size 32 KB, 
write type: NWRITE, avg write rate: 3.20 Gbps, 
read type: NREAD, avg read rate: 2.70 Gbps

性能分析：
NWRITE優勢：無確認開銷，實測帶寬達理論值(5Gbps)的 64%
NREAD瓶頸：需等待遠程響應，帶寬利用率降至 54%

核心價值總結
此代碼實現的價值在于：
1、驗證SRIO物理層：通過SERDES配置確保5Gbps穩定鏈路
2、量化傳輸性能：精確測量NWRITE/SWRITE/NREAD的實時帶寬
3、構建可靠基礎：錯誤檢測機制滿足軍工/航天級數據傳輸要求
4、提供優化基準：為異構系統（FPGA+DSP）提供高速互聯參考實現

通過該測試框架，可快速評估SRIO在特定硬件平臺上的極限性能，為實時信號處理、無線通信基帶等場景提供關鍵互聯技術支持。

4、工程源碼1詳解：FPGA邏輯工程

開發板FPGA型號：Xilinx–XC7K325T-2FFG676I；
FPGA開發環境：Vivado2019.1；
輸入輸出接口：SRIO高速接口；
實現功能：FPGA為SRIO從設備（Target）；
工程作用：此工程目的是讓讀者掌握FPGA實現SRIO高速接口與DSP交互的設計能力，以便能夠移植和設計自己的項目；
工程Block Design和工程代碼架構請參考第3章節的《工程源碼架構》小節內容；
工程的資源消耗和功耗如下：

5、工程源碼2詳解：DSP裸機工程

開發板DSP型號：TI–TMS320C6678；
FPGA開發環境：CCS5.5；
輸入輸出接口：SRIO高速接口；
實現功能：DSP為SRIO主設備（Initiator）；
DSP工程操作系統：裸機，無操作系統；
工程作用：此工程目的是讓讀者掌握FPGA實現SRIO高速接口與DSP交互的設計能力，以便能夠移植和設計自己的項目；
工程Block Design和工程代碼架構請參考第3章節的《工程源碼架構》小節內容；
DSP裸機工程源碼架構如下：

6、工程源碼3詳解：DSP RTOS系統工程

開發板DSP型號：TI–TMS320C6678；
FPGA開發環境：CCS5.5；
輸入輸出接口：SRIO高速接口；
實現功能：DSP為SRIO主設備（Initiator）；
DSP工程操作系統：RTOS操作系統；
工程作用：此工程目的是讓讀者掌握FPGA實現SRIO高速接口與DSP交互的設計能力，以便能夠移植和設計自己的項目；
工程Block Design和工程代碼架構請參考第3章節的《工程源碼架構》小節內容；
DSP裸機工程源碼架構如下：

7、工程移植說明

vivado版本不一致處理

1：如果你的vivado版本與本工程vivado版本一致，則直接打開工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，則需要打開工程后，點擊文件–>另存為；但此方法并不保險，最保險的方法是將你的vivado版本升級到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解決如下：

打開工程后會發現IP都被鎖住了，如下：

此時需要升級IP，操作如下：

FPGA型號不一致處理

如果你的FPGA型號與我的不一致，則需要更改FPGA型號，操作如下：



更改FPGA型號后還需要升級IP，升級IP的方法前面已經講述了；

其他注意事項

1：由于每個板子的DDR不一定完全一樣，所以MIG IP需要根據你自己的原理圖進行配置，甚至可以直接刪掉我這里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根據你自己的原理圖修改引腳約束，在xdc文件中修改即可；
3：純FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq軟核；

8、上板調試驗證

準備工作

需要準備的器材如下：
FPGA+DSP異構開發板；
測試用PC電腦；
串口線；

程序下載bit

步驟如下：（順序一定要對）
1、先下載FPGA程序
2、再下載DSP程序

DSP裸機工程測試

DSP裸機工程測試結果如下：

NWRITE + NREAD 模式：NWRITE=12.50Gbps NREAD=7.74Gbps
SWRITE + NREAD 模式：SWRITE=12.49Gbps NREAD=7.74G

DSP RTOS系統工程測試

DSP RTOS系統工程測試結果如下：

NWRITE + NREAD 模式：NWRITE=12.53Gbps NREAD=7.73Gbps
SWRITE + NREAD 模式：SWRITE=12.55Gbps NREAD=7.73Gbps

打印信息解析
loop time: N ：當前處于第 N 次循環讀寫；
err_count ： 讀寫校驗誤碼率；
trans_size ： 讀寫大小；
NWRITE、SWRITE、”NREAD ： 表示使用 NWRITE、SWRITE 等方式傳輸；
write_time、read_times ： 讀寫耗時，并根據 trans_size 計算讀寫速率；
SRIO test 8 cycles, errcnt: 0, total size 32 KB,
write type: NWRITE, avg write rate: xx.xx Gbps,
read type: NREAD, avg read rate: xx.xx Gbps
表示共進行了 8 次循環讀寫，總讀寫大小為32KByte，碼率為 0，并打印在 NWRITE + NREAD模式 8 次循環的平均速率；

9、工程代碼獲取

工程代碼如下：