2．2．2 PXIE的IP core设计
    该系统中，采用Virtex-5LX50T型FPGA作为PXIE的传输控制器，由于FPGA内部集成了PCIe端点模块，所以减少了很多外围硬件电路的设计难度。PCIe端点模块的IP核框图如图8所示。
    由图8可以看出，PXIE IP核采用分层结构，即分别为物理层链路模块、物理层、数据链路层、传输层和用户应用层。传输层负责处理用户应用层(User Applieation)提供的传输层包(TLP)并安排其传输。数据链路层负责链路管理和数据完整性，包括错误的检测和纠正。物理层负责完成包的成帧和解帧、字节的组合和拆分、链路的初始化和训练、扰码生成和解扰。发送时，物理层链路模块负责将物理层生成的扰码应用到传输数据中，同时复用到物理层模块接收到的有序集中，最后把包传输给传输接口；接收时，负责从传输接口上接收TLP字节，从数据中解码有序集，并且将DLLP和TLP解扰。
2．2．3 PXIE传输速度问题及解决情况
    由于PXIE传输协议是基于PCIe传输协议的扩展，所以可以利用目前比较成熟的PCIe传输协议实现技术在硬件程序设计层次上实现PXIE传输协议，至于PXIE协议的一些扩展接口，都可以在FPGA外围用基本硬件电路简易的实现。FPGA生产厂商Xilinx公司提供了一套成熟，稳定并且免费的PCIe传输方案，以IP(Intellectual Property)的形式提供给用户。
    PCIe IP核虽然为PXIE传输协议提供了解决方案，但是仍然存在问题。首先，在实际测试过程当中，由于PCIe IP一直占用了CPU，使得PC在进行数据传输时，主机本身无法进行其他操作，还有一定几率造成系统崩溃。其次，由于PCIe协议进行传输的包载荷过小，在进行大数据量传输的时候，会进行多次传输，从而浪费大量时间在结束和发起传输上，导致平均数据传输率下降。最后，由于IP核的重要特性是通用化，所以IP核的接口包括了所有PCIe信号，使得用户操作非常繁琐，不利于设计的移交和修改。直接内存访问(Direct Memory ACCess，DMA)控制器能够从根本上解决前两个问题，经过优化设计也能改善第三个问题。
    PXIE总线DMA的FPGA功能设计框图如图9所示。

    当PC机需要通过PXIE总线发送数据时，首先PC机为DMA传输在内存中划定两块内存空间，作为数据的第一级缓存，并将这两块内存空间的基地址和大小轮流通过PXIE总线传给DMA控制器。这些配置命令通过特定的字符串被识别，并写入相应的配置命令寄存器。划定两块内存空间是为了在当DMA控制器从一块内存中读取数据时，PC机可以向另一块内存写入数据，以乒乓操作的形式提高传输效率。
    接下来，PC机发起对数据的传输。PC机上的PCIe控制器从内存中取得数据后，将原始数据封装，并串转换往下继续传输，数据包通过吉比特串行收发器传至FPGA，在进入PCIe IP核后被拆解，剥离的纠错信息作为包进一步处理的依据，最后在应用层以并行数据的形式推入DMA控制器。
    DMA控制器将数据流存人数据输出FIFO，根据FIFO剩余空间的大小判定是否从PC机中继续读取数据，这样就保证了数据不会因为来不及从FIFO中取走而丢失。当DMA控制器接收到一块内存大小的数据之后，就会以边带信号的形式发送中断信号给上位机，上位机接收到中断之后就可以开始下1次DMA传输。
    当PC机需要通过PXIE总线接收数据时，工作流程与通过PXIE总线发送数据基本类似，主要区别在于从PC机往下发送的包里不包含数据，仅包含路由及其他控制信息，DMA控制器接收到包后，会以完成包的形式将数据打包往上传回PC机，完成包按照接收到包中的路由信息，逆向寻址回到PC机的内存，PC机就完成了一次通过PXIE总线接收数据。
    加入DMA控制器之后的PXIE总线被重新封装，操作得到简化。
2．3 测试结果
    在测试中，PXIE配置为8通道，测试数据为16 MB，在PC机通过PXIE接口读取数据的操作过程当中，平均数据率达到1 504 Mb／s。在PC机通过PXIE接口发送数据的操作过程中，平均数据率达到1 490 Mb／s。通过PCIe测速软件进行传输速度测试，其结果如图10所示。

3 结语
    本文介绍了一种基于PXIE总线和Camera Link协议的高速CCD图像采集系统的设计方案。该方案给出了一种Camera Link硬件接口电路的设计思路，并且选用Xilinx公司的Virtex-5 LX50T型FPGA作为整个采集系统的核心处理器，同时对Virtex-5自带的IPcore进行研究和开发，实现Camera Link采集卡通过PXIE总线与上位机进行串行通信。在试验过程中，FPGA设计灵活，开发周期短的优点充分得以体现，为下一步的高速图像采集系统的研制奠定了基础。

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