（项目经验）明德扬光纤项目概述（下）

杨老师

第3节 存储控制功能

本项目接收光纤数据后，首先会保存到DDR3中，等存够一定数据时，读出数据，送到PCIE。

接收板一共有4片DDR3，每片DDR3的数据位宽是16位。要注意的是，虽然有4片DDR4，但这4片DDR3不是各自独立工作的。在硬件设计时，将DDR3的地址线、控制线共用，数据线分开。也就是说，4片DDR3同时进行读写，对FPGA来说，这相当于一片64位的DDR3。

由于光纤数据一共有4路，并且4路数据都同时过来的，但只有一片64位的DDR3，如果不做处理，必须会有冲突。所以必须要做一个调度模块：4路光纤数据，首先会保存到内部的写FIFO中；调度模块判断4路FIFO的空闲情况，从而决定读取哪一路数据，存到DDR3中。没有被读取的，则继续保存在FIFO中，直到被调度出来。

在设计调度模块时，要注意如下几点：

a. 调度的优先级

一共有4路数据，那么调度器的优先级如何选择，即如果4路中有多于1路均同时有数据，那么该如何选择哪一路。例如，您可以指定第0~3路优先级依次由高变低，即当第0路有数据，一定选择0路；当第0路没有数据了，再决定看下一路。当采用此方式时，就要考虑是否存在如下情况：第0路一直有数据，导致其他路一直无法读出送到DDR3呢，这是要思考的问题。

b. 调度的单位

调度的单位是指：选择了一路数据后，会读取多少个数据才结束。可供选择是1个数据、多个数据，或者是读到FIFO空为止。这里要思考的是，1个数据最灵活，但是最繁琐，会出现频率调度的情况；如果是越多的数据，调度没有那么繁琐了，但也意味着写FIFO要临时存比较多的数据才行，所以这里要有一个平衡。

c. 调度的起启水线

调度的起启水线：当FIFO存够多少个数据，才可以被调度器调度。这个是要考虑DDR的写速度、光纤的输入速度、以及调度单位的。例如，如果调度单位为1024个数据，起启水线100，当DDR写速度比光纤速度快时，就可能会存在DDR写到一半时，新的数据还没有来的情况。

当然，最省事的，就是将起启水线设置为跟调度单位一样，这样就绝对不存在问题，但这会存在一定的浪费。为什么呢？我们设想如下场景，当往DDR写数据的同时，光纤也会同时有新的数据送到写FIFO。我们可以计算DDR的写速度，以及新数据输入速度，根据速度差，得到起启水线。最理想的情况，就是当最后一个数据写到FIFO时，刚好也要将该数据写到DDR，然后调度结束。这样做的好处，就是将FIFO的深度设置为最适合的大小，从而节省资源。

在FPGA领域，貌似还不能理解FIFO深度多一点或者少一点有什么所谓。但在芯片设计领域则是经常考虑的点。笔者在做芯片设计时，经常要花很多精力去计算出最省资源的方案。其实这也说明了FPGA设计和芯片设计的区别，区别是做得更细、设计得更好。

by the way，就如我一直在强调的，FPGA和芯片是一个讲究做“细节”的技术，很多人可以做很粗的功能，但很少人可以做很细的功能，例如图像显示很多人都会，但用较少资源来实现图像显示，那就不会了。

第4节 PCIE功能

PCIE实现FPGA与上位机通信的功能，通信包文有两种，种是业务包文，一种是配置包文。

配置包文是用来对接收卡、发送卡内的寄存器读写的包文。例如上位机对接收卡通道的开户和关闭，对发送卡的数据收发控制、上位机读取接收卡的内部状态等，均是由配置包文来实现的。

业务包文是指发送卡里的AD采集的数据，是真正上位机要保存的数据。

下面上位机和FPGA的通信格式。

包文类型 （16b）

读写属性 (1b)

板卡编号 （15b）

寄存器地址 （16b）

寄存器数据 （32b）

无效填充 （48b）

Ø 包文类型：用来指示是业务包文还是配置包文。业务包文的包文类型为16'h55AA；配置包文的类型为16'hF8F8。

Ø 读写属于：用于上位机指示对FPGA的寄存器进行写，还是读其值 。

Ø 板卡编号：用来指示当前包文是对哪个板卡进行配置，可以理解为设备地址。例如是对接收卡或具体的一个发送卡进行寄存器读取。编号为0~3表示发送板0~3，编号4为接收卡。

Ø 寄存器地址：这个可以理解 为寄存器地址。

Ø 寄存器数据：对寄存器配置的数据，如果是读的话，则填0。

上位机当要配置或者读取寄存器时，会按格式产生一个配置包文，通过PCIE传给FPGA。FPGA的内部有一个PCIE IP核。该IP核支持AXI4并且是包文形式，从PCIE里接收到包文数据，并送往协议解析模块。

协议解析模块分析该包文，特别是对包文编号进行识别。根据编号，如果是接收卡配置包文，则直接对内部的寄存器进行读取；如果是某一路发送板配置包文，则将该包文转发到该路光纤接口。

如果是读取寄存器数据，则会将配置包文返回给上位机，具体路径是：协议解析模块处理后，将寄存器数据补充到包文的数据域，然后读该包文转给6选1 SP调度模块。在该调度模块中，从6路包文（1路是业务包文，1路是接收卡返回的配置包文，其他4路是4个光纤返回的配置包文），选取一路发给PCIE IP核。

上位机从包文类型中，识别出业务包文还是配置包文，做相对应的处理。

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杨老师

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