Xilinx FPGA 多通道PCIe QDMA&RDMA IP，V4L2

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或Scather Gather DMA，提供FIFO/AXI4-Stream用户接口。 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。 ### Xilinx FPGA 多通道PCIe QDMA&RDMA IP详解 #### 一、概述 Xilinx FPGA 多通道PCIe QDMA&RDMA IP 是一种高性能的数据移动解决方案，适用于需要高速数据传输的应用场景。该IP核心利用了PCI Express Integrated Block来实现独立多通道的数据移动功能，能够提供高吞吐量的同时保持低延迟。 #### 二、关键技术点 ##### 2.1 Multi-Channel PCIe QDMA Subsystem - **独立多通道设计**：Multi-Channel PCIe QDMA Subsystem采用了独立多通道的设计理念，支持多达8个独立的host-to-card (H2C/Read)数据通道和8个card-to-host (C2H/Write)数据通道。这种设计使得数据传输更为灵活且高效。 - **高性能DMA操作**：通过使用DMA地址队列，该子系统可以实现高性能的连续(Continous)或分散汇聚(Scather Gather)DMA操作。队列深度可达32，提高了数据传输效率。 - **用户接口**：提供了FIFO/AXI4-Stream用户接口，便于与其他模块集成。 - **数据路径宽度**：支持64、128、256、512-bit的数据路径宽度，满足不同应用场景的需求。 ##### 2.2 Multi-Channel PCIe RDMA Subsystem - **超低延迟和超低抖动**：RDMA子系统采用DMA Ring缓冲技术实现独立多通道的高性能数据传输，并具备超低延迟和超低抖动特性。 - **Ring缓冲配置**：Ring缓冲的深度和个数可根据需求进行配置，增强了系统的灵活性。 - **用户接口**：同样提供了FIFO/AXI4-Stream用户接口，便于与其他硬件组件交互。 #### 三、核心特点 - **兼容性**：支持Xilinx的Ultrascale+、Ultrascale和7 Series系列的PCI Express Integrated Block。 - **大容量地址处理**：支持64-bit的源地址、目的地址和描述符地址，提高了地址处理能力。 - **AXI4-Stream/FIFO接口**：每个通道都拥有独立的AXI4-Stream/FIFO接口，便于数据的高效传输。 - **描述符支持**：每个DMA引擎支持DMA地址队列，队列深度可达32；同时也支持DMA Ring缓冲，Ring缓冲深度和个数可配置。 - **中断管理**：支持MSI中断机制，能够及时响应异常情况。 - **视频应用支持**：H2C DMA支持视频显示定时输入控制，适用于视频处理应用。 #### 四、应用场景 该Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA IP适用于多种高性能计算和通信应用领域： - **数据通信网络**：如数据中心内部的高速数据交换。 - **电信网络**：支持高速数据传输和处理，适用于5G等新一代通信技术。 - **宽带有线和无线应用**：适用于高清视频流媒体传输等。 - **网络接口卡**：提高网络设备的数据处理能力。 - **服务器add-in card**：用于加速服务器中的数据处理任务。 #### 五、体系结构与典型应用示例 该Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem的核心架构如图1所示，它展示了8通道视频采集和视频显示的典型应用场景。在该场景中，各个视频输入源通过不同的接口（如MIPI、网络摄像头、VGA等）接入到系统中，通过Multi-Channel PCIe QDMA&RDMA Subsystem进行高效的数据传输和处理，最终将视频信号输出到不同的显示设备上。 #### 六、结论 Xilinx FPGA 多通道PCIe QDMA&RDMA IP是一种高度集成且性能强大的数据传输解决方案。它不仅支持高性能的DMA操作，还具有低延迟和低抖动的特点，非常适合应用于需要高速数据传输的应用场景，特别是在数据通信网络、电信网络和高性能计算等领域有着广泛的应用前景。