基于AMD Versal器件实现PCIe5 DMA功能

本期文章《基于AMD Versal器件实现PCle5 DMA功能》，诚邀您率先了解如何利用Versal强大性能实现高速数据传输！

序言

Versal是AMD 7nm的SoC高端器件，不仅拥有比16nm性能更强的逻辑性能，并且其PS系统中的CPM PCIe也较上一代MPSoC PS硬核PCIe单元强大得多。本节将基于AMD官方开发板展示如何快速部署PCIe5x8及DMA功能。

1测试环境

Vivado版本：2023.2/2024.2，在windows10或者ubuntu22.04

实验板卡：VPK120

上位机主板：EPYC9124超微主板

上位机系统：Ubuntu20.04/24.04

2Vivado工程生成

File->Project->Open Example

选择Versal CPM QDMA EP Design

选择名称以后，选择器件，注意选择MHP

打开CPM5 QDMA Gen5x8 MM Performance Design，然后finish即可

3BD工程介绍与配置

可以看到从CIPS IP中出现两个CPM_PCIE_NOC口去访问两边的DDR：

1）数据访问架构：

在VPK120上有两个CPM控制器0与1，控制器1访问数据的路径有以下三种：ST_CPM2PL、MM_CPM2NoC、MM_CPM2PL，本次示例用两个MM_CPM2NoC，通过NoC直接从DDR中搬运数据。

2）相关端口

为什么开两个？

下图是MM_CPM2NoC接口，看CPM2NoC接口的位宽与带宽，由于走的是NoC，所以其单个接口的理论带宽是128bit x 1000M(NoC运行频率)=16GB，而PCIe5x8的理论带宽是32GB/s，为此至少需要两个MM端口，又由于担心DDR访问影响，所以demo中两个端口同时去访问两组DDR，保证带宽尽量不受DDR的影响。

为什么选用MM接口，而不是ST接口？

根据ds959手册以及PG347手册，ST模式下由于只会有一组ST_CPM2PL接口，而且位宽是512bit，所以理论上要到达PCIe5x8的带宽，是需要时钟跑到500M，但由于器件限制，其时钟最高是433M，实际综合下来时序收敛挑战很大。

3）细节配置

注意：CPM控制器0的数据路径不如控制器1多，少了MM_CPM2PL，为此这里选择控制器1。

如果要实现两路PCIe5x8，则需要将棕色框两个接口勾选上。

选择QDMA模式下的AXI MM，根据硬件结构选择Lane翻转。

选择bar空间

1：是主要的数据路径接口；

2：类似于之前XDMA挂载寄存器的方式。

转向器选择：这里默认只选择CPM2NoC0，这个后续通过Host profile来指定使用两个CPM2NoC接口

4实际运行配置

在配置完后，直接编译后，进入实操环节

安装驱动

参考《pg347》的Using the Provided Software and Drivers章节

#下载驱动源码，注意最好跟vivado版本对应上，master是最新的，对应vivado2024.1/2

git clone https://github.com/Xilinx/dma_ip_drivers.git

#如果之前已经加载过驱动，则先删除驱动

rmmod qdma_pf

rm -rf dma_ip_drivers

#清理+编译

make clean & make

make install

modprobe qdma-pf #安装驱动

lspci -vvv -d 10ee: #查看设备节点是否存在

配置host profile

参考《pg347》的Host profile章节以及下面的链接

https://adaptivesupport.amd.com/s/article/000035811?language=en_US

是通过相关设备节点配置寄存器

执行CFG启动测试

CFG相关参考：

https://adaptivesupport.amd.com/s/article/Understanding-the-Versal-CPM5-QDMA-Gen4x8-ST-Only-Performance-Design-CED-Example-in-Vivado-2023-2?language=en_US

可以看到能够到25GB/s左右

5总结

AMD Versal器件CPM单元集成了硬核QDMA功能，只需使用少量逻辑便能实现PCIe Gen5高带宽数据传输。同时官方也集成好了dma-perf等测试程序以及相关驱动，可以快速地进行验证与产品化，但需要注意的是MM模式的优劣以及性能影响因素，比如DDR、NoC带宽等，不是所有应用都适用，适当在ST与MM模式下做选择，可以帮助实现更高的性能。如果想在一个VP1202上实现两个PCIe5x8 MM，如果想在一个VP1202上实现两个PCIe5x8 MM，您可发送邮件至此邮箱寻求技术支持：[e-mail]。

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