一种基于PCIe总线的主从交互式通信平台及方法

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种基于PCIe总线的主从交互式通信平台及 方法。

随着科学技术的迅速发展，高速数据交互被应用到多种场合。PCI-Express是一种 通用的总线规格，其不只包括显示接口，还囊括了CPU、PCI、HDD、Network等多种应用接口。 从而可以像Hyper-Transport一样，用以解决现今系统内数据传输出现的瓶颈问题，并且为 未来的周边产品性能提升作好充分的准备。以往计算机系统的各种设备共用一个带宽，采 用了并行互联，这大大影响了系统整体的性能表现，同时并行信号由于相互干扰也严重制 约了日后速度的进一步提升。而PCIe则采用了串行互联方式，以点对点的形式进行数据传 输，每个设备都可以单独的享用带宽，从而大大提高了传输速率，而且也为更高的频率提升 创造了条件。因此，PCIe总线因带宽高、性能优，受到广泛关注和使用。但受开发难度制约， 目前只将PCIe总线用于单向传输，并且存在各种设计上的缺陷，降低了总线效率。

本发明的目的在于提供一种基于PCIe总线的主从交互式通信平台，旨在解决现有 技术中只将PCIe总线用于单向传输，并且存在各种设计上的缺陷，降低了总线效率的问题。

本发明是这样实现的，一种基于PCIe总线的主从交互式通信平台，所述基于PCIe 总线的主从交互式通信平台包括均配有PCIe2.0X4接口的主机和开发板；

当所述主机作为主设备时，所述开发板作为从设备；当所述主机作为从设备时，所 述开发板作为主设备；

所述主机用于对交互通信数据量的配置以及主从设备进行设置，所述主机与所述 开发板之间的交互通信采用查询模式或中断模式；

所述主机上申请的内存包括数据缓存和描述符表缓存，所述数据缓存以链式DMA 方式申请，所述描述符表缓存以连续DMA方式申请，所述数据缓存是由物理地址不连续的内 存页组成，不连续的若干个所述内存页信息构成描述符表，所述描述符表包括包含有用于 更新通信结束信息的EPLAST信息的表头项。

作为一种改进的方案，当所述数据缓存中内存页的空间小于一个TLP包大小时，所 述内存页为不可用状态，并将TLP包写入下一个数据缓存的内存页中。

作为一种改进的方案，当所述TLP包出现跨越4K边界时，调整所述表头项存储的地 址信息，使表头项位于上一内存页的最后4个32Bit空间，第一个表项位于下一内存页的首 个4个32Bit空间。

作为一种改进的方案，所述主机与所述开发板的交互通信数据量为128M。

本发明的另一目的在于提供一种基于PCIe总线的主从交互式通信平台的基于 PCIe总线的主从交互式通信方法，所述方法包括下述步骤：

在主机端，配置主机为主设备，开发板为从设备，并指定所述主机与所述开发板的 交互通信数据量；

通过链式DMA方式申请数据缓存，并将待发数据写入所述数据缓存；

通过连续DMA方式申请描述符表缓存，并将所述数据缓存的内存页信息形成描述 符表，写入所述描述符表缓存；

配置所述主机与所述开发板的通信模式，所述通信模式包括中断模式和查询模 式；

配置写寄存器，启动DMA传输；

根据所述通信模式以及所述表头项的EPLAST信息，判定所述主机与所述开发板之 间的通信结束。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

当所述数据缓存中内存页的空间小于一个TLP包大小时，所述内存页为不可用状 态，并将TLP包写入下一个数据缓存的内存页中。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

当所述TLP包出现跨越4K边界时，调整所述表头项存储的地址信息，使表头项位于 上一内存页的最后4个32Bit空间，第一个表项位于下一内存页的首个4个32Bit空间。

本发明的另一目的在于提供一种基于PCIe总线的主从交互式通信平台的基于 PCIe总线的主从交互式通信方法，所述方法包括下述步骤：

在主机端，配置开发板为主设备，主机为从设备，并指定所述主机与所述开发板的 交互通信数据量；

通过链式DMA方式申请数据缓存；

通过连续DMA方式申请描述符表缓存，并将所述数据缓存的内存页信息形成描述 符表，写入所述描述符表缓存；

配置所述主机与所述开发板的通信模式，所述通信模式包括中断模式和查询模 式；

配置读寄存器，启动DMA传输；

根据所述通信模式以及所述表头项的EPLAST信息，判定所述主机与所述开发板之 间的通信结束；

所述主机将数据缓存中的数据读出，对所述数据进行校验处理。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

当所述数据缓存中内存页的空间小于一个TLP包大小时，所述内存页为不可用状 态，并将TLP包写入下一个数据缓存的内存页中。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

当所述TLP包出现跨越4K边界时，调整所述表头项存储的地址信息，使表头项位于 上一内存页的最后4个32Bit空间，第一个表项位于下一内存页的首个4个32Bit空间。

在本发明中，基于PCIe总线的主从交互式通信平台包括均配有PCIe2.0X4接口的 主机和开发板；从主机和开发板中配置主设备和从设备；主机用于对交互通信数据量的配 置以及主从设备进行设置，主机与开发板之间的交互通信采用查询模式或中断模式；主机 上申请的内存包括数据缓存和描述符表缓存，数据缓存以链式DMA方式申请，描述符表缓存 以连续DMA方式申请，数据缓存是由物理地址不连续的内存页组成，不连续的若干个内存页 信息构成描述符表，描述符表包括包含有用于更新通信结束信息的EPLAST信息的表头项， 实现了基于PCIe总线的主从交互通信，提高了总线效率，实现带宽性能的最大化。

图1是本发明实施例一提供的基于PCIe总线的主从交互式通信方法的实现流程 图；

图2是本发明实施例二提供的基于PCIe总线的主从交互式通信方法的实现流程 图。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。

基于PCIe总线的主从交互式通信平台包括均配有PCIe2.0X4接口的主机和开发 板，其中，该主机为PC机，其安装有Win7操作系统，该开发板为Altera Stratix IV GX FPGA Development Kit Board，在PC机关机状态下，将开发板插到PC机的PCIe2.0X4插槽上，然后 PC机开机，至Win7系统正常启动，且开发板也供电正常后，硬件平台搭建完成；

当所述主机作为主设备时，所述开发板作为从设备；当所述主机作为从设备时，所 述开发板作为主设备，即主机和开发板均可以作为主设备，也均可以作为从设备；

主机用于对交互通信数据量的配置以及主从设备进行设置，所述主机与所述开发 板之间的交互通信采用查询模式或中断模式；

主机上申请的内存包括数据缓存和描述符表缓存，所述数据缓存以链式DMA方式 申请，所述描述符表缓存以连续DMA方式申请，所述数据缓存是由物理地址不连续的内存页 组成，不连续的若干个所述内存页信息构成描述符表，所述描述符表包含有用于更新通信 结束信息的EPLAST信息的表头项。

在本发明实施例中，具体通信时，以通信数据量为128M，通信模式为查询为例说 明；

首先PC机作为主设备，开发板作为从设备，PC机向开发板发送128M数据，通信正常 结束后，再以开发板作为主设备，PC机作为从设备，开发板将刚才收到的128M数据原封不动 向PC机发送，通信正常结束后，PC机将内存中的128M数据取出做校验，判断数据是否正确。 判断完后，通信结束。为方便数据比对，128M数据采取32bit宽，从0起，不断加1递增的形式， 即：0，1，2，.......。

其中，通信时，采用高效率经典的DMA形式，即直接内存访问。在PC机上需要申请两 种内存：数据缓存和描述符表缓存；

数据缓存以链式DMA方式申请，描述符表缓存以连续DMA方式申请，数据缓存是由 一些物理地址不一定连续的内存页组成，这些页信息构成描述符表；

处理数据缓存时，当某一内存页可用空间大小小于1个TLP包时，PCIe通信中，要求 1个TLP包不能跨越两个内存页，因此当某一页可用空间大小小于1个TLP包大小时，该内存 页不可用，将TLP包写入下一个数据缓存的内存页中；

通常申请到的数据缓存，除首尾页大小可能<4096字节外，中间页都是4096字节的 倍数，因此只需要考虑首尾页的处理，在申请数据缓存时多申请一些空间，以备处理该特殊 情况；

关于描述符表，在首部还存在描述符表头项，这是Stratix IV PCIe使用中强制要 求的，表头项和具体表项都是由4个32Bit数构成的，由于开发板在发读描述符表请求时，只 需要纯表项，表头项只在通信结束时用于更新EPLAST信息，并且开发板每次读请求都是固 定数量的TLP包，因此要考虑到并处理某次请求TLP包跨4K边界的情况；

由于描述符表放在连续的缓存中，可以通过调整表头项存储的地址，使表头项位 于上一页的最后4个32Bit空间，第一个表项位于下一页的首个4个32Bit空间，来避免跨4K 边界的问题。因此在申请描述符表缓存时多申请一些空间，以备处理该特殊情况。

图1示出了本发明实施例一提供的基于PCIe总线的主从交互式通信方法的实现流 程图，其具体包括下述步骤：

在步骤S101中，在主机端，配置主机为主设备，开发板为从设备，并指定所述主机 与所述开发板的交互通信数据量。

在步骤S102中，通过链式DMA方式申请数据缓存，并将待发数据写入所述数据缓 存。

其中，当所述数据缓存中内存页的空间小于一个TLP包大小时，所述内存页为不可 用状态，并将TLP包写入下一个数据缓存的内存页中。

在步骤S103中，通过连续DMA方式申请描述符表缓存，并将所述数据缓存的内存页 信息形成描述符表，写入所述描述符表缓存。

当所述TLP包出现跨越4K边界时，调整所述表头项存储的地址信息，使表头项位于 上一内存页的最后4个32Bit空间，第一个表项位于下一内存页的首个4个32Bit空间。

在步骤S104中，配置所述主机与所述开发板的通信模式，所述通信模式包括中断 模式\查询模式。

在步骤S105中，配置写寄存器，启动DMA传输。

在步骤S106中，根据所述通信模式以及所述表头项的EPLAST信息，判定所述主机 与所述开发板之间的通信结束。

图1示出了主机作为主设备，开发板作为从设备的交互通信方式。

图2示出了本发明实施例二提供的基于PCIe总线的主从交互式通信方法的实现流 程图，其具体步骤包括：

在步骤S201中，在主机端，配置开发板为主设备，主机为从设备，并指定所述主机 与所述开发板的交互通信数据量。

在步骤S202中，通过链式DMA方式申请数据缓存。

当所述数据缓存中内存页的空间小于一个TLP包大小时，所述内存页为不可用状 态，并将TLP包写入下一个数据缓存的内存页中。

在步骤S203中，通过连续DMA方式申请描述符表缓存，并将所述数据缓存的内存页 信息形成描述符表，写入所述描述符表缓存。

当所述TLP包出现跨越4K边界时，调整所述表头项存储的地址信息，使表头项位于 上一内存页的最后4个32Bit空间，第一个表项位于下一内存页的首个4个32Bit空间。

在步骤S204中，配置所述主机与所述开发板的通信模式，所述通信模式包括中断 模式和查询模式。

在步骤S205中，配置读寄存器，启动DMA传输。

在步骤S206中，根据所述通信模式以及所述表头项的EPLAST信息，判定所述主机 与所述开发板之间的通信结束。

在步骤S207中，主机将数据缓存中的数据读出，对所述数据进行校验处理。

在本发明中，基于PCIe总线的主从交互式通信平台包括均配有PCIe2.0X4接口的 主机和开发板；从主机和开发板中配置主设备和从设备；主机用于对交互通信数据量的配 置以及主从设备进行设置，主机与开发板之间的交互通信采用查询模式或中断模式；主机 上申请的内存包括数据缓存和描述符表缓存，数据缓存以链式DMA方式申请，描述符表缓存 以连续DMA方式申请，数据缓存是由物理地址不连续的内存页组成，不连续的若干个内存页 信息构成描述符表，描述符表包含有用于更新通信结束信息的EPLAST信息的表头项，实现 了基于PCIe总线的主从交互通信，提高了总线效率，实现带宽性能的最大化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。