针对多路图像数据的传输及处理带宽需求，使用Virtex-6 FPGA设计实现了基于PCIe总线的多路实时传输系统。该系统主要包括仲裁控制多设备对DDR3的访问，采用PCIe Bus Master DMA方式实现与PC之间的高速传输，以及对全双工传输过程中存在的拥堵问题进行优化。实验结果表明，该实时传输系统最高的传输速率可以达到单工写1 632 MB/s，读1 557 MB/s，全双工写1 478 MB/s，读1 439 MB/s，并且性能稳定，完全满足多路图像采集后的高速传输处理需求。
《基于PCIe总线的多路实时传输系统设计》
在现代信息技术中，高带宽的数据传输和处理已经成为关键需求，特别是在图像采集、传输和处理领域。传统的总线技术已经无法满足这种高带宽的要求，因此，串行总线PCI Express（PCIe）因其高速率和高效率的优势而备受青睐。本文将详细介绍一种基于PCIe总线的多路实时传输系统，该系统采用Virtex-6 FPGA设计，旨在解决多路图像数据的高速传输问题。
该系统的核心在于利用PCIe Bus Master Direct Memory Access（DMA）方式，实现了与个人计算机（PC）之间的高速数据交换。PCIe总线利用时钟恢复和高速差分信号技术，克服了并行总线的局限，提供了更高的数据传输速率。PCIe 1.0版本的理论速度可达2.5 Gbps/lane，而2.0版本则翻倍至5.0 Gbps/lane，尽管实际数据速率会因8b/10b编码和其他开销而略低，但仍然能够满足高带宽的应用场景。
系统架构包含四个主要部分：PCI Express Core（EP）、DDR3 Memory Interface Generator（MIG）模块、PCIe Bus Master DMA模块以及DDR3读写控制模块。FPGA的选择是Xilinx的XC6VLX240T，其灵活性和可配置性确保了系统设计的高效性和适应性。图像数据首先由DDR3缓存，随后通过PCIe总线传输到PC进行处理，再返回DDR3，最终通过DVI接口显示。
DDR3读写控制模块负责协调数据在DDR3内存中的存取，包括读写控制和仲裁两个子模块。仲裁模块采用Round Robin模式，确保多个设备公平地访问DDR3，提高了带宽利用率和系统实时性。PCIe BMD模块则包括DMA控制/状态模块、发送模块和接收模块，处理与PC之间的数据传输，通过MSI报文协调读写请求，确保数据包的有效传输和接收。
实验结果显示，该实时传输系统在单工写入和读取速率上分别达到了1 632 MB/s和1 557 MB/s，全双工模式下分别为1 478 MB/s和1 439 MB/s，表明系统性能稳定且高效，完全满足多路图像采集后的高速传输处理需求。
基于PCIe总线的多路实时传输系统通过精心设计的FPGA和DMA机制，有效地解决了高带宽传输问题，尤其适用于图像处理等对数据实时性要求极高的应用场景。这一设计不仅优化了传输效率，还确保了系统的可靠性和稳定性，对于未来高速数据传输系统的开发具有重要的参考价值。
