如何实现fpga的光纤接口与pc的通信?

Answer 1

实现FPGA的光纤接口与PC的通信涉及多个方面，本文将详细介绍此过程的要点，包括项目背景、系统功能与架构、FPGA架构以及具体的通信细节。

一、项目背景

本项目是由明德扬承接的某研究所项目，目标是接收4路光纤数据，经过DDR3缓存后通过PCIE接口上送至电脑保存。其中，数据的算法处理由客户负责，明德扬则提供易于修改与插入的模块接口，以满足客户需求。此项目实质上是一个数据采集卡功能，其特点为高速率、大数据量，可广泛应用于类似功能的采集卡项目。

二、系统功能与架构

项目整体包括4个发送板、1个接收板和PC电脑。接收板内包含四片DDR3、一个PCIE接口和四路光纤接口。接收板通过PCIE接口直接连接到PC，而发送板则通过光纤口发送数据至接收卡。每个发送板相当于一个AD采集卡，汇集16路数据后通过光纤传输给接收卡。接收卡将光纤数据汇聚并进行适当处理后保存至DDR3，等待通过PCIE接口上送至PC电脑。

三、FPGA架构

FPGA内部架构分为光纤功能、存储控制功能和PCIE功能三部分。光纤功能利用XILINX的官方IP核实现接收板与发送板间的通信，通信速率为2.5Gbps。在设置高速收发器IP核时，需生成4路通道，通道包含数据接口(tx_data)和K码指示接口(tx_kchar)，以及接收方向的数据接口(rx_data)和K码指示接口(rx_kchar)。

光纤协议层的包文格式包含包文头、长度指示、校验码、无效值和数据。在FPGA内部，光纤打包模块接收包文后计算长度、校验和，并将其封装为包文格式，通过光纤发送给接收板。反之，接收板接收数据后，通过光纤解包模块搜索包文头，验证包文的正确性。

存储控制功能涉及将接收的光纤数据保存至DDR3，并在存够一定数据后读出至PCIE。接收板采用4片共用地址线和控制线的DDR3，以模拟64位DDR3的性能。调度模块管理4路光纤数据的读取与存储，确保数据正确且高效地进入DDR3。

PCIE功能实现FPGA与上位机之间的通信，包括业务包文与配置包文。业务包文用于传输AD采集数据，而配置包文用于对接收卡与发送卡内的寄存器进行读写操作。通过PCIE接口，上位机可以对FPGA进行配置和数据读取，实现通信交互。

综上所述，实现FPGA的光纤接口与PC通信涉及硬件设计、数据处理与协议实现等多个方面。通过明确定义功能需求与架构设计，可以有效实现高速数据传输与交互，满足不同应用需求。