Desenvolvimento de um framework PCI Express para FPGA

A demanda de produtos eletrônicos mais eficientes e mais rápidos é uma característica do cenário mundial. Essa demanda força a comunicação entre dispositivos com taxas cada vez mais altas. Essas velocidades não permitem que utilizemos apenas processadores para execução dessas funções, necessitando de circuitos dedicados, deixando apenas os protocolos de alto-nível para os processadores. Estes, hoje em dia, dispõem de poucas interfaces para o mundo externo como USB (Universal Serial Bus), Ethernet e PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), sendo essa última a mais rápida disponível. O desenvolvimento de um circuito de interface PCI Express apresenta grande dificuldade, porém com o advento das FPGAs (Field-Programmable Gate Array) é possível o projeto dessa interface de maneira mais fácil e rápida. Um sistema de alta velocidade com uma biblioteca de utilização em software e canais de fácil conexão em hardware possui uma gama grande de aplicações e um apelo por parte de desenvolvedores tanto de hardware quanto de software. Assim, o objetivo desse projeto foi a criação de um framework que viabilize a comunicação entre um computador de mesa, utilizando a interface PCI Express, e uma placa com FPGA, dando ao desenvolvedor dos dispositivos, um canal de comunicação rápido, com velocidades na ordem de 1 GB/s e ainda fácil de ser ligado a qualquer projeto. Esse framework foi desenvolvido conseguindo-se 0,9 GB/s para a leitura e 1,5 GB/s para a escrita, utilizando dutos de 128 bits para DMA (Direct Memory Access) e para I/O (Entrada e Saída) que encobrem o protocolo e os circuitos de comunicação. As seis chamadas criadas em software são capazes de realizar a comunicação diretamente da camada de usuário do sistema operacional, ocultando toda a complexidade das chamadas ao sistema.

Palavras-chave em Inglês

FPGA
PCI Express
Framework
DMA

Resumo em Inglês

The demand for more efficient and faster electronic products is a characteristic of the global scenario. This demand forces each time more a higher communication rate between devices. At these speeds, processors cannot handle all the communication by themselves, dedicated circuitry is necessary to have the processors handling only the high level protocols. Now a day, processors have only a few external world interfaces like USB (Universal Serial Bus), Ethernet and PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), with the latter being the fastest one. The development of a circuit with PCI Express interface is quite complicated, but the advent of FPGAs (Field-Programmable Gate Array) has made the creation of projects with this interface easier and faster. A high speed system with a software library and easy to use hardware channels has multiple applications and an appeal by the software and hardware developers. Nevertheless, the main goal of this project was to create a framework to make viable a communication between desktop computer and FPGA using PCI Express, giving device developers a fast and easy to use communication channel with speeds around 1 GB/s. This framework was developed and achieved read speeds of 0.9GB/s and write speeds of 1.5GB/s, using 128 bits DMA and I/O buses, masking the protocol and the communication circuitry. The six software calls developed can be used directly from the user space of the operational system, hiding all the complexity of system calls.

Arquivos

AVISO - A consulta a este documento fica condicionada na aceitação das seguintes condições de uso:
Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome(s) do(s) autor(es) do trabalho.

Martins_Tiago_Amaro_tcc.pdf (3.23 Mbytes)

Data de Publicação

2016-02-16

Número de visitas

563

Número de downloads

835