1.简介
PCI Express（PCIE）是一种高速串行总线标准，广泛应用于计算机系统中，用于连接主板和外部设备。在FPGA领域中，PCIE也被广泛应用于实现高速数据传输和通信。FPGA是一种灵活可编程的集成电路，可以根据需要重新配置其功能和连接。PCIE与FPGA结合使用，可以实现高速数据传输和通信，适用于需要大量数据处理和传输的应用场景。在FPGA中使用PCIE可以实现以下功能：①高速数据传输：PCIE提供了高达16 GT/s的数据传输速度，可以满足对数据传输速度要求较高的应用需求。②多通道通信：PCIE支持多通道通信，可以同时传输多路数据，提高数据传输效率。③灵活性和可扩展性：FPGA可以根据需要重新配置PCIE接口，实现不同功能和连接需求，同时支持多种PCIE设备连接，具有较高的灵活性和可扩展性。总的来说，PCIE在FPGA领域中的应用可以实现高速数据传输和通信，提高系统性能和效率，适用于需要大量数据处理和传输的应用场景。随着PCIE技术的不断发展和完善，PCIE在FPGA领域中的应用前景将更加广阔。
不同的FPGA芯片制造厂家提供了不同的解决方案，就xilinx一家提供了三种实现PCIE的方案用于不同的场景。此外，PCIE自身的发展也经历好几代的迭代，PCIE本身还涉及总线架构、带宽、通道、BAR寄存器等等知识，关于这些后面的文章整合了大量资料有详细说明，本章基于xilinx K7芯片，xdma ip，win10系统，vivado2020.2版本快速搭建PCIE基础应用。关于更复杂的应用后面循序渐进展开。
2.配置环境
①禁止驱动签名启动
打开windows设置，选择更新与安全，选择“恢复”，点击立即重新启动，随后选择疑难解答，选择启动选项，出现选择禁止后，按下数字“7”即可禁止驱动签名认证。当驱动发布给客户的时候，需要进行驱动签名认证。
②关闭快速启动
在windows设置中找到电源和睡眠选项，单机“选择电源按钮的功能”，取消勾选“启用快速启动”。
③打开测试模式
以管理员方式运行命令提示符，输入Bcdedit.exe -set TESTSIGNING ON命令打开测试模式，重启后生效，如果没有测试模式的水印出现，可以换个系统壁纸试一下，正常水印如下所示。
还可通过管理员打开命令提示符，通过Bcdedit.exe /enum {current}查看是否打开了测试模式。
④安装驱动
首先找到.cer后缀的文件，选择安装证书
然后插入PCIE设备，可以发现设备已连接
更新驱动程序，选择开发板厂家提供好的驱动，安装过程中选择始终相信，安装结束可以看到如图所示，多了Xilinx DMA设备，表示安装成功。
此处之前一直有黄色感叹号，提示“该设备无法启动。（代码10）在两项驱动程序间或一项I/O驱动程序内检测到协议错误”。网上分析罕见，正点原子认为这是驱动的Bug，Xilinx官网有人说是Xilinx的驱动只支持4通道，必须设置成4通道。由于这个涉及Windows和Xilinx的底层函数，单从现象很难判断原因为何，我在开发过程中也碰到这个情况，我用的是vivado2020.2，换成2018.2或者2021.1版本即可解决这个问题。因此我认为可能与vivado的版本有关。
⑤切换PCIE插槽
这个适个人机器情况调整，我的机器只有两个PCIE扩展槽，一个x16通道用于接显卡，另一个是x4通道，于是把显卡换到pcie x4通道上，把xilinx的x8切换到x16的通道上。
⑥添加头文件
Xilinx提供了驱动还提供了驱动接口文件xdma_public.h、pcie_fun.h、pcie_fun.c文件，将其添加到上位机工程中，即可使用这些函数进行pcie接口的操作。
3.IP核配置
第一页①处通常Basic，不用Advanced；②处选择通道数，具体与硬件板卡相关，这里选择x8；③选择线速度，与硬件板卡有关，这里是PCIE2.0，选择5.0GT/s,也与FPGA芯片有关，7K系列最多支持PCIE2.0。④这是PCIE的参考时钟，是由Root节点的插槽给到PCIE插卡的，固定为100MHz。⑤AXI总线的宽度和时钟频率由PCIE的线速度和线速率决定。⑥DMA用户接口选项，AXI Memory Mapped适合与内存交互数据，AXI Stream适合流数据，本次AXI_MM工程就选AXI Memory Mapped接口，AXI_ST工程选择stream接口。⑦AXI4-Lite Slave Interface：选择是否启用 AXI4-Lite Slave 接口以访问 DMA 状态寄存器，通常不用。
第二页保持默认配置，说明如下。
- Vendor ID(供应商 ID)：用于识别器件或应用的制造商。有效标识由 PCI Special Interest Group 指定，以保证每个标识都唯一。默认值 10EEh 为赛灵思的供应商标识
- Device ID (器件 ID)：对应于应用的唯一标识；默认值为 70<link speed><link width>h，该值取决于所选配置。该字段可采用任何值；请针对应用更改该值。默认器件 ID 参数取决于： 器件系列：9 表示 UltraScale+，8 表示 UltraScale，7 表示 7 系列器件 ；EP 或 RP 模式链路宽度：1 表示 x1，2 表示 x2，4 表示 x4，8 表示 x8，F 表示 x16；链路速度：1 表示 Gen1，2 表示 Gen2，3 表示 Gen3，4 表示 Gen4
- Revision ID (版本 ID)：表示器件或应用的版本；作为器件 ID 的扩展。默认值为 00h；请针对应用输入相应的值；
- Subsystem Vendor ID (子系统供应商 ID)：进一步限定器件或应用的制造商。请在此处输入子系统供应商 ID；默认值为 10EEh。通常，该值与供应商 ID 相同。将该值设为 0000h 可能导致合规性测试出现问题；
- Subsystem ID (子系统 ID)：进一步限定器件或应用的制造商。该值通常与器件 ID 相同；默认值取决于所选通道宽度和链路速度。将该值设为 0000h 可能导致合规性测试出现问题；
- Enable PCIe-ID Interface：启用 PCIe-ID 接口。如果选中该参数，那么根据选中的 PFx 数量，在 IP 顶层会显示 PCIe ID 端口：cfg_vend_id、cfg_subsys_vend_id、cfg_dev_id_pf*、cfg_rev_id_pf* 和cfg_subsys_id_pf*，并可供用户逻辑驱动。如未选中该参数，则不会在顶层显示这些端口，并根据自定义时设置的值来驱动这些端口。
- Class Code Look-up Assistant (类代码查找助手)：类代码查找助手可针对选定的器件常规功能提供对应的基本类、子类和接口值。
第三页配置，①处PCIe to AXI Lite Master Interface：启用该接口，主机可以通过该接口控制用户侧逻辑，在PCIe_AXILite工程中就勾选此接口。PCIe to AXI Translation：PCIe到AXI的转换。通常情况下，主机侧PCIe BAR地址与用户逻辑侧AXI LIte的地址是不一样的，这个设置就是进行主机侧BAR地址到AXI地址的转换，比如主机一侧BAR地址为0，用户逻辑侧AXI LIte的地址为0x40000000，则主机访问AXI LIte用户逻辑时，XDMA将根据该设置将主机侧BAR地址0转换到AXI LIte总线地址0x40000000。对与该值的设置有两种方式，一种是手动指定，然后修改后面 AXI LIte 总线的偏移地址，另一种是先确定AXI LIte总线的偏移地址，然后根据偏移地址设置该值。在1.4.8节修改地址映射可以看到AXI LIte总线的偏移地址为0x40000000，所以设置此值为0x40000000。此外，PCIe to AXI Translation 同样也是AXI LIte总线的基地址，当 AXI LIte 总线连接多个AXI IP核时，会有多个偏移地址，上位机访问其他 IP 核时的偏移地址是以PCIe to AXI Translation的值为基址0进行参考的，比如，AXI LIte总线连接的另一个AXI IP的偏移地址为0x40010000，上位机访问该IP核的偏移地址就是该IP核的偏移地址0x40010000 - PCIe to AXI Translation的值0x40000000=0x10000。因此当AXI LIte总线连接多个AXI IP核时，需确保PCIe to AXI Translation的值小于等于这些AXI IP核偏移地址的最小值。②处可以选择是否预取，预取就是将数据提前放到线上，会让读数据变得更快。③PCIe to DMA BypassInterface：选择是否启用PCIe至DMA旁路接口。DMA Bypass就是普通的PCIe传输，不用DMA逻辑，而是直接通过PCIe进行通信，一般传输效率会高于Pcie to AXI Lite。
第四页，关于中断的设置，详细功能后续展示，保持如下设置即可。
最后一页设置DMA上下行通道均为2即可。
