PCIE_DMA实例二：xapp1052的EDK仿真
一：前言
这篇博客是我应一位网友之约写的，他想要学习基于FPGA的PCIe DMA控制器设计，但是手上没有合适的Xilinx开发板，而且xapp1052又没有提供仿真代码，让他的学习陷入了困境。所以我想了想，还是用EDK搭建一个微小系统，然后用modelsim来仿真xapp1052的DMA收发控制，这样应该是最全面的理解PCIe_DMA了，希望对大家都有帮助。
二：前期准备
1、Xapp1052 Demo（http://download.csdn.net/download/yuzeren48/7723795）
2、ISE14.1套件
3、基本会使用EDK（主要是Xilinx Platform Studio，XPS 和 Software Development Kit，SDK）
三：操作步骤
1、编译库文件，将D:\Xilinx\14.1\ISE_DS\ISE\verilog\mti_se\10.1b\nt\modelsim.ini中选中部分复制粘贴到D:\modeltech_10.1b\modelsim.ini中
2、打开XPS，新建一个最小系统，使用microblaze和PLB总线，总线上挂载的硬件IP如图2所示，硬件的总线地址如图3所示。
图2 硬件IP
图3 硬件IP总线地址
3、完成硬件系统搭建后，导出到SDK
4、打开SDK后，先新建一个BSP包，步骤请参考《Xilinx FPGA开发实用教程》
然后新建一个空的Xilinx C Project，命名为example。
在E:\xapp1052\dma_performance_demo\win32_sw\win32_driver\source下找到ioctrl.h，复制粘贴到E:\pcie_edk\EDK\workspace\example\src
在src中添加C文件，命名为RC_example.c。再将
D:\Xilinx\14.1\ISE_DS\EDK\sw\XilinxProcessorIPLib\drivers\pcie_v4_01_a\examples\xpcie_rc_enumerate_example.c中的代码复制到RC_example.c中
对RC_example.c做如下修改：
//#define PCIE_CFG_BAR_0_ADDR 0x11110000 #define PCIE_EP_CFG_BAR_0_ADDR 0x0000FFFF // Remote EP BAR0 #define PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR 0x0000EEEE // RC BAR0
添加：
//-------------------BMD Mrd Test *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00000001); //1. DMA assert reset *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00000000); // *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_ADDR_OFFSET) = PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR; //2. Read DMA TLP Address Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_SIZE_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x0000050/4); //3. Read DMA TLP Size Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_COUNT_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00000100); //4. Read DMA TLP Count Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_PATTERN_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0xA3A2A1A0); //5. Read DMA Data Pattern Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCSR_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00010000); //7. MWr start
或者
//-------------------BMD Mrd Test *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00000001); //1. DMA assert reset *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCR_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00000000); // *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_ADDR_OFFSET) = PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR; //2. Read DMA TLP Address Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_SIZE_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x0000050/4); //3. Read DMA TLP Size Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_COUNT_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00000100); //4. Read DMA TLP Count Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + READ_PATTERN_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0xA3A2A1A0); //5. Read DMA Data Pattern Register *(unsigned int*)(XPAR_PLBV46_PCIE_0_IPIFBAR_0 + DCSR_OFFSET) = Xil_EndianSwap32(0x00010000); //7. MWr start
在初始化RC端配置寄存器时，添加代码：
//---------------------------------------------------- Configure RC //Write Address to PCIe BAR0 HeaderData = PCIE_RC_CFG_BAR_0_ADDR; XPcie_WriteLocalConfigSpace(XlnxRootComplexPtr, PCIE_CFG_BAR_0_REG, HeaderData);
将RC端pcie_bar0设为0x0000EEEE （有大小端，故实际地址为0xEEEE0000）。
在枚举使需要初始化远端EP，修改代码，使能master enable bit：
ConfigData |= (PCIE_CFG_CMD_BUSM_EN | PCIE_CFG_CMD_MEM_EN | 0x80000000 //master enable bit );
修改EP端pcie_bar0为0x0000FFFF（有大小端，故实际地址为0xFFFF0000）：
/* Write Address to PCIe BAR0 */ ConfigData = (PCIE_EP_CFG_BAR_0_ADDR | PCIeBusNum | PCIeDevNum | PCIeFunNum);
最后，去掉所有printf函数，打印太慢了，影响仿真。
编译后生成elf文件，打开XPS，设置sim executable：
在Edit中设置preference
然后点击Generate HDL Files，再Launch Simulator
在打开的modelsim脚本栏中输入c;
完成RC编译，再输入s; 开始对RC端仿真。
5、若要仿真整个PCIE DMA，则需要修改..\EDK\simulation\behavioral文件夹下的system_tb.v，在system_tb.v中加入EP端用户逻辑，修改如下：
// START USER CODE (Do not remove this line) // User: Put your stimulus here. Code in this // section will not be overwritten. initial begin pcie_sysclk_p = 1'b1; forever #(fpga_0_clk_1_sys_clk_p_pin_PERIOD) pcie_sysclk_p = ~pcie_sysclk_p; //100MHz end initial begin pcie_sysclk_n = 1'b0; forever #(fpga_0_clk_1_sys_clk_p_pin_PERIOD) pcie_sysclk_n = ~pcie_sysclk_n; //100MHz end reg EP_pcie_sysclk_p; reg EP_pcie_sysclk_n; initial begin EP_pcie_sysclk_p = 1'b1; forever #(4000) EP_pcie_sysclk_p = ~EP_pcie_sysclk_p; //125 MHz end initial begin EP_pcie_sysclk_n = 1'b0; forever #(4000) EP_pcie_sysclk_n = ~EP_pcie_sysclk_n; //125 MHz end wire ep_pci_exp_txp; wire ep_pci_exp_txn; always@* begin plbv46_pcie_0_RXP_pin = ep_pci_exp_txp; plbv46_pcie_0_RXN_pin = ep_pci_exp_txn; end xilinx_pcie_2_0_ep_v6 # ( .PL_FAST_TRAIN("TRUE") ) EP ( // SYS Inteface .sys_clk_p(EP_pcie_sysclk_p), .sys_clk_n(EP_pcie_sysclk_n), .sys_reset(fpga_0_rst_1_sys_rst_pin), `ifdef ENABLE_LEDS // Misc signals .led_0(led_0), .led_1(led_1), .led_2(led_2), `endif // PCI-Express Interface .pci_exp_txn(ep_pci_exp_txn), .pci_exp_txp(ep_pci_exp_txp), .pci_exp_rxn(plbv46_pcie_0_TXN_pin), .pci_exp_rxp(plbv46_pcie_0_TXP_pin) ); // END USER CODE (Do not remove this line)
为了仿真方便，修改system_tb.v后，在E:\pcie_edk\EDK\simulation下新建bmd_sim文件夹，将behavioral文件夹下的system_tb.v拷贝到bmd_sim文件夹中，编写simulate_mti.do文件，将需要编译的ep端文件（主要包括pcie硬核和xapp1052DMA）写成.f文件。
vlog -work work +incdir+E:/pcie_edk/Coregen/EP_1_7/v6_pcie_v1_7/example_design \ +define+SIMULATION \ +define+PCIE2_0 \ $env(XILINX)/verilog/src/glbl.v \ -f ../bmd_sim/ep_v6.f vlog -work work ../bmd_sim/system_tb.v
6、打开modelsim，输入以下脚本
cd E:/pcie_edk/EDK/simulation/behavioral
do system_setup.do
c;
do ../bmd_sim/simulate_mti.do
s;
do ../bmd_sim/wave.do
run all
四：仿真结果
这里只贴出DMA写操作的仿真结果
Ep端DMA发送
RC端接收
写入BRAM
五：总结
从搭建系统到最后仿真，工作量还是比较大的。一篇博客很难把每一步都讲得仔仔细细，小编把里面最重要的几个点都给出来了，希望能够帮到有需要的朋友。
对于初学者，可能看了这篇博客觉得不够详细，没法真正理解PCIe DMA的使用，所以小编在最后留下一个支付宝账号【账户：bubble_fish@yeah.net 姓名：俞则人】，10元/份出售以上全部EDK工程文件以及modelsim仿真文件，这样做的目的一是为了激发您学习的动力（花钱买来的东西终究比免费得来的更加珍惜），二是为了赞助我的泡泡鱼团队基金，尊重每一位码农的劳动成果！
