PCIe学习（三）：PCIe DMA关键模块分析之二

简介
    这是学习PCIe DMA传输的第二篇博客，在前一篇中叙述了PCIe DMA传输的部分基础知识，并且较为详细的分析了接收引擎的各个状态，这里接着分析第二个关键模块：发送引擎（BMD_64_TX_ENGINE.v）。
    软件：VIVADO2017.4
第一步：模块功能分析
    在分析发送引擎的具体操作之前，需要多这个模块实现的功能进行简单的分析。如下是发送引擎中的标头类型

    由图可知，这个模块包含5种类型的标头，这里先简单的说明这几种标头的应用场景，BMD_64_CPLD_FMT_TYPE 标志着发送一个带数据的完成包，这个使用在PC端向FPGA发送一个存储器读请求后，FPGA通过这个报文将存储器信息返回到PC端，这是PIO模式；
    BMD_64_MWR_FMT_TYPE和BMD_64_MWR64_FMT_TYPE标志着FPGA发送存储器写请求TLPs，这个使用在启动DMA写时，发送引擎组建存储器写请求包将数据发送到PC上；
    BMD_64_MRD_FMT_TYPE和BMD_64_MRD64_FMT_TYPE标志着FPGA发送存储读请求TLPs，这个使用在PC配置启动DMA读时，发送引擎组建存储器读请求包，PC发送带数据的完成包到FPGA上，被接收引擎接收（上一篇博客中分析的带数据的完成包）。
    以上就是几种标头的应用场景，了解清楚这些对分析发送引擎的结构很有帮助。接下来就开始分析发送引擎。
第二步：具体代码分析
    观察状态机跳转

    首先进入复位状态BMD_64_TX_RST_STATE，这个状态中有多个判断条件，包含发送完成包、DMA读操作和DMA写操作，接下来就逐个分析。

    1、假设首先发送完成包。设置compl_done_o 为0，表示完成包未发送完成，这个信号会进入接收引擎来判断PC发送的存储器读请求是否完成。然后是条件判断，req_compl_q 是从接收引擎引入的信号，其目的是让发送引擎发送完成包；compl_done_o 是上文说的完成包是否发送完成标志信号；trn_tdst_rdy_n 是从机是否准备好接收数据标志信号，此时是FPGA发送数据给PC，所以PC是从机，这个信号表示PC端是否准备好接收数据；trn_tdst_dsc_n 这个信号在FPGA上被置1了。
    设置帧开始信号（trn_tsof_n）有效、帧结束信号（trn_teof_n）无效、主机准备好发送数据（trn_tsrc_rdy_n）之后，就开始组装完成包头；组装的信息来自接收引擎和PCIe IP核，这就完成了发送完成包标头的前2DW。跳转到下一状态。

    由于完成包是3DW标头，所以在这个状态中发送1DW标头+1DW数据。
    首先判断从机是否准备好接收数据，准备好后设置帧起始无效，由于这是PIO模式，因此只有两帧，所以这是最后一帧，设置帧结束有效，接着设置主机准备好发送数据，然后发送第二帧（1DW标头+1DW数据），然后设置trn_trem_n 有效，表明这一帧数据都有效，然后compl_done_o 表示完成包发送完成，状态跳转到BMD_64_TX_CPLD_WIT 。

    这个状态中设置关键的4个信号无效，然后跳转到复位状态，准备下一次传输。
    2、假设进入DMA写存储器操作，

    首先判断是否启动DMA写操作、DMA写操作完成等信号，其中serv_mwr 信号是用轮询操作控制DMA写操作的进行。接着和上面完成报文传输的格式差不多，trn_trem_n为0表示这一帧的两个DW都有效，cur_mwr_dw_count表示这一个TLP中数据的数量（单位DW），拼接发送第一帧数据，即2DW标头。接着就进入轮询操作。

    轮询操作的目的是在发送一段时间的存储器写TLP之后，停止一次，然后判断此时是否有DMA读存储器开始信号，如果有的话就去执行DMA读操作，否则就是停止一次传输，下一个周期开始又继续DMA写操作。其中tmwr_wrr_cnt 信号统计发送TLP的数量，而mwr_wrr_cnt_i 信号则是设定轮询操作的TLP的量，这个值是在寄存器中配置的，当这两个值相等时就发生一次轮询操作。
    通过mwr_64b_en_i 信号判断发送的存储器写请求的标头是3DW还是4DW，这和完成包不一样，因为完成包只有3DW标头，而存储器写或者读的TLP有3DW和4DW两种。
    先分析3DW标头，此时跳转到BMD_64_TX_MWR_QW1状态

    这个状态是发送第二帧数据，包含1DW标头（地址）+1DW数据，同样设置主机有效信号，然后通过cur_wr_count判断这是不是第一个TLP，因为第几个TLP决定着需要存入存储器的地址，mwr_addr是PC端申请的连续内存的首个地址，所以cur_wr_count为0，则要存入的地址为连续内存的首地址，之后就按照每个TLP中的数据量改变下一个TLP数据的存储地址。
    cur_mwr_dw_count信号初值是一个TLP中的数据量（DW），如果当前cur_mwr_dw_count为1，则表示这是最后一个数据了，那么这时通过cur_wr_count分析这是否是最后一个包，如果是最后一个包那么说明这个TLP只有两帧（3DW标头+1DW数据），此次DMA传输完全结束，mwr_done_o置1；若不是最后一个数据，说明这个TLP不止两帧数据，则跳转BMD_64_TX_MWR_QWN 状态。

    一个TLP传输到最后有可能还剩下1个或者2个DW数据，所以程序中就设计两种情况，如果只有1个DW，那么还需要组装1DW无用数据，同时使用trn_trem_n 信号来表明最后一个DW无效；如果刚好还剩两个DW数据，则刚好一次传输完，此时设置trn_trem_n 为0来表示这一帧中两个DW数据都是有效的。如果还剩的数据大于2DW，则就直接每次传输2DW数据，直到出现只剩下1个或者2个DW数据。
    至此，DMA写操作的流程已经分析完成了，至于DMA读操作，以及3DW或4DW标头的分析都与分析类似，就不再分析了。
    此外，BMD_EP_MEM.v 以及BMD_EP_MEM_ACCESS.v两个模块可以参照PIO中的分析，BMD_EP_MEM.v中的寄存器可以参照官方资料xapp1052，在这里就不过多叙述了。
结束
    以上就是PCIe DMA的全部分析，后期会上传一些参考资料及有详细注释的.v文件，有需要的同学可以下载（https://download.csdn.net/download/cllovexyh/10335472）。