芯耀
548
Multi-Channel High Performance PCIe QDMA&RDMA IP
1??? 介绍
基于PCI Express Integrated Block，Multi-Channel PCIe QDMA Subsystem实现了使用DMA地址队列的独立多通道、高性能Continous（CDMA）或Scather Gather DMA（SGDMA），提供FIFO/AXI4-Stream用户接口，FIFO用户接口支持Stream（数据流方式）和Packet（数据帧方式）模式。
基于PCI Express Integrated Block，Multi-Channel PCIe RDMA Subsystem实现了使用DMA Ring缓冲的独立多通道、高性能/超低延时/超低抖动Continous Ring DMA，提供FIFO/AXI4-Stream用户接口，FIFO用户接口支持Stream（数据流方式）和Packet（数据帧方式）模式。
1.1????? 特性
- 支持Ultrascale+，Ultrascale，7 Series的PCI Express Integrated Block
- 支持PCIe 2.0，0，4.0速度；PCIe x4，x8，x16链路宽度
- 支持64，128，256，512-bit数据路径
- 64-bit源地址，目的地址，和描述符地址
- 多达8个独立的host-to-card（H2C/Read）数据通道或H2C DMA，H2C DMA效率高达90%以上
- 多达8个独立的card-to-host（C2H/Write）数据通道或C2H DMA，C2H DMA效率高达90%以上
- AXI4-Stream/FIFO用户接口（每个通道都有自己的AXI4-Stream/FIFO接口）
- FIFO用户接口支持Stream（数据流方式）和Packet（数据帧方式）模式
- 每个DMA引擎支持DMA地址队列，队列深度可达32
- 每个DMA引擎支持DMA Ring缓冲，Ring缓冲深度和个数可配置
- RDMA的超低延时和超低抖动性
- H2C DMA支持视频显示定时时序输入控制
- AXI4-Lite Master接口允许PCIe通信绕过DMA引擎
- Scather Gather描述符列表支持无限列表大小
- 每个描述符的最大传输长度为4GB
- MSI中断
- 连续描述符的块获取，支持描述符预取
- 中断或查询模式
1.2????? 应用
本内核体系结构支持广泛的计算和通信目标程序应用，强调性能、成本、可扩展性、功能可扩展性和关键任务可靠性。典型应用包括：
典型应用如下图所示：
图 1 Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem典型应用：8通道视频采集和视频显示
2??? 概述
Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem作为一个高性能DMA数据搬移器，内核通过AXI4-Stream/FIFO接口直接连接RTL逻辑。使用提供的字符驱动程序，AXI4-Stream/FIFO接口可用于PCIe地址空间和AXI地址空间之间的高性能数据搬移。除了基本的DMA功能，DMA支持多达8个独立的upstream和downstream通道，每个通道支持深度为32的DMA地址队列，以及深度和个数可配置的DMA Ring缓冲，另外还允许PCIe通信绕过DMA引擎。
图 2 Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem概述
2.1????? 特性概要
基于描述符提供的信息：源地址，目的地址和传输数据长度，Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem实现Host存储器和PCIe DMA子系统之间的数据搬移。这些DMA可以同时是Host to Card（H2C）和Card to Host（C2H）传输。每个DMA通道对应各自的AX4-Stream/FIFO接口，DMA从Host存储器获取并解析描述符链表，基于描述符链表信息完成自己通道的数据传输，然后使用MSI中断发出描述符完成或错误的信令。内核也提供多达16个输出到Host的用户中断信号。
每个FIFO接口支持Stream（数据流方式）和Packet（数据帧方式）模式。在Stream（数据流方式）模式下，C2H和H2C的DMA长度必须是XFER_BYTE的整数倍，FIFO接口上的数据按照数据流方式进行传输（即无keep和last指示）；在Packet（数据帧方式）模式下，C2H和H2C的DMA长度是可以任意字节，FIFO接口上的数据带keep和last指示，按照数据帧方式进行传输。
主机可以通过以下2个接口访问用户逻辑：
- AXI4-Lite Master配置接口：这个接口是一个固定的32-bit端口，用于对性能要求不高的用户配置和状态寄存器的访问
- User Register：这个接口是多个32-bit向量信号和1-bit信号，这些信号来自对应DMA通道数据搬移过程中产生的控制或状态信号
3??? 产品规格
结合Integrated Block for PCI Express IP，Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem为PCIe提供了一个高性能的DMA解决方案。
3.1??????????? 性能
Endpoint配置参数：
- 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6GB/s
- PCIe 2.0 x4，C2H DMA和H2C DMA速度大于7GB/s
3.2??????????? 资源
表1 PCIe 3.0 x16 DMA Subsystem资源（8通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 66500 | 118524 | 82 | 1 |
表2 PCIe 3.0 x8 DMA Subsystem资源（8通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 31688 | 53997 | 41 | 1 |
表3 PCIe 2.0 x8 DMA Subsystem资源（8通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 29809 | 39266 | 20 | 1 |
表4 PCIe 2.0 x4 DMA Subsystem资源（8通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 26887 | 31786 | 33 | 1 |
表5 PCIe 3.0 x16 DMA Subsystem资源（1通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 31889 | 64675 | 37 | 1 |
表6 PCIe 3.0 x8 DMA Subsystem资源（1通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 8690 | 18231 | 17 | 1 |
表7 PCIe 2.0 x8 DMA Subsystem资源（1通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 8496 | 12404 | 8 | 1 |
表8 PCIe 2.0 x4 DMA Subsystem资源（1通道）
| LUTs | FFs | BRAMs | PCIe | |
| 资源 | 6465 | 8088 | 12 | 1 |
3.3??????????? 驱动程序
- Windows WDF (Queue or Non-Queue，Ring)
- Linux (Queue or Non-Queue，Ring)
- V4L2
4??? 交付清单
可交付资料：
- 详细的用户手册
- 设计文件：源代码或网表
- 时序约束
- 测试或Demo工程
- 技术支持：邮件，电话，现场，培训服务
- Email：neteasy163z@163.com
