基于PCIe级联网口的农业监测视频高速传输系统研究

农业监测智慧化需要实时、高效、可靠的视频数据处理和传输方案,为了解决传统基于CPU和GPU架构的系统速率低、实时性差的问题,设计了基于Zynq架构的PCIe级联网口的高速传输系统。针对PCIe接口开发,在硬件层面,优化配置XDMA IP核参数,完成接口的数据收发引擎设计,并基于MIG 7 IP核优化配置了DDR缓存区。在软件层面,基于PCIe驱动,调度VLC软件完成视频数据读取,实现板卡和上位机之间数据的快速收发和流畅播放。针对网口协议栈的实现,利用ARM可编程特性,调度LWIP轻量级协议栈,完成TCP协议的开发,实现了网口的数据快速收发,避免了上位机CPU直接处理网络协议的时延和运算开销。此外调度AXI协议完成PCIe接口和网口的高速连通。在Zynq MZ7030FA平台上传输视频文件对系统进行速率和可靠性实测。结果表明:网口传输速率达800 Mb/s,基本实现了千兆以太网;PCIe接口的最高传输速率达816 MB/s,逼近硬件PCIe 2.0 x2的最高速率,且整个系统在应用层上实现了可靠传输。本文的研究为农业监测视频传输应用提供了高效可靠的解决方案,且系统具有较好的扩展性和推广性。

基于RIFFA架构的PCIE多通道高速传输系统设计

针对PCIE接口在高速数据传输方面的应用,该文提出了一种基于RIFFA架构下的PCIE高速数据传输系统,使用TX、RX引擎经过通道仲裁映射到最多12个TX、RX通道上,增加了通道扩展的功能,用户通过扩展通道可以实现多通道数据的读写。该系统采用FPGA集成的PCIE硬核,在Windows 7系统下利用RIFFA开发了PCIE设备驱动程序。使用verilog硬件描述语言通过SGDMA方式来完成上位机和FPGA板卡之间的数据通讯。在Xilinx KC705开发板上进行验证,实际测试结果显示,通过上位机控制在不同的通道上单次传输的数据大小为5 MB的情况下,x8通道的PCIE系统的读写速率分别可达到350.59 MB/s和365.66 MB/s,能够满足实际应用在数据传输中的可靠性及高效率的要求。

基于PCIe的FC数据采集存储方案的设计与实现

针对新一代传输总线标准——光纤通道(fibre channel,FC)数据传输速度快、可靠性高等要求,提出了一种基于PCIe的FC数据采集存储方案。该方案结合PCIe传输速度、扩展性等方面的优势以及磁盘阵列延时低、效率高的特点,解决了FC数据传输速率与存储速度不匹配的难题。首先对PCIe驱动的开发进行简要介绍,然后在此基础上设计了光纤通道数据进行采集存储的上层应用程序,完成了高速FC数据的大容量存储。

可重构高速数据加密系统设计和实现

为解决SM4传统加解密方式存在的速度慢、效率低、占用CPU计算资源的问题,提出了一种可重构高速数据加密系统。该系统基于Xilinx Virtex UltraScale VU9p FPGA,利用PCIe热插拔特性,可快速应用于办公主机或服务器,通过PCIe高速接口实现数据的快速传输,在FPGA内实现并行可调度SM4算法逻辑,设计有专用DMA模块,实现旁路主机CPU传输明文密文,减少主机端资源占用;采用FPGA实现的加解密系统具备可重构性,大大降低了算法迭代的硬件成本。系统分析测试和实验结果表明,该系统实现了数据的高速可靠传输与加密,总线速率达到8 GT/s,能有效满足大容量数据快速加解密的需求;采用并行可调度流水线加解密,较CPU实现方式,加解密速率提升约25.78倍。