在当今数字化浪潮汹涌澎湃的时代，数据传输的速度与效率已然成为了科技领域中备受瞩目的焦点话题。据我了解，在 PCIe 通信案例中，采用不同方式呈现出了截然不同的传输速率，各项数据证明DMA方式在数据传输中存在巨大优势。
今天，我简单分享如何快速提升PCIe通信速率，是基于RK3568J + FPGA国产平台。这个案例我觉得还是非常值得学习了解，感兴趣的朋友可以一起往下看看！
测试数据汇总
表 1
案例 | 时钟频率 | 测试结果 | 理论速率 |
PCIe通信案例 （DMA方式） | 100MHz | 读速率：595.24MB/s 写速率：791.14MB/s | 782.50MB/s |
PCIe通信案例 （非DMA方式） | 读速率：2.674MB/s 写速率：35.511MB/s |
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PCIe总线介绍
PCIe，即PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一种高速串行计算机扩展总线标准。主要用于扩充计算机系统总线数据吞吐量以及提高设备通信速度。
图 1
DMA技术介绍
DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种让硬件外设直接与存储器进行数据交换的技术，无需CPU参与数据传输过程。
使用非DMA方式进行数据传输时，外设与内存之间的数据搬运需要依靠CPU来完成。这意味着每次数据传输都需要CPU的介入，导致CPU资源占用较高，并且数据传输速度相对较低。
使用DMA方式进行数据传输时，外设可以直接与内存进行数据交换。减少了CPU的介入和中断处理，数据传输过程更加流畅和高效。
图 2
RK3568J + FPGA典型应用场景
图 3
基于RK3568J + FPGA的PCIe通信案例
本文主要介绍基于RK3568J + FPGA的PCIe通信案例，适用开发环境如下：
Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
Linux开发环境：VMware15.5.5、Ubuntu18.04.4 64bit
U-Boot：U-Boot-2017.09
Kernel：Linux-4.19.232、Linux-RT-4.19.232
LinuxSDK：LinuxSDK-[版本号]（基于rk356x_linux_release_v1.3.1_20221120）
硬件平台：创龙科技TL3568F-EVM工业评估板
（基于瑞芯微RK3568J + 紫光同创Logos-2）
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为了简化描述，本文仅摘录部分方案功能描述与测试结果，详细产品资料请扫描文末二维码下载。
案例说明
ARM端基于PCIe总线对FPGA DRAM进行读写测试。应用程序通过ioctl函数发送命令开启DMA传输数据后，等待驱动上报input事件；当应用层接收到input事件，说明DMA传输数据完成。
程序流程如下图所示。
图 4
（1）ARM端程序原理说明如下：
a)采用DMA方式；
b)将数据写至dma_memcpy驱动申请的连续内存空间（位于DDR）；
c)配置DMA，如源地址、目标地址、传输的数据大小等；
d)写操作：通过ioctl函数启动DMA，通过PCIe总线将数据搬运至FPGA DRAM；
e)程序接收驱动上报input事件后，将通过ioctl函数获取DMA搬运数据耗时，并计算DMA传输速率（即写速率）；
f)读操作：通过ioctl函数启动DMA，通过PCIe总线将FPGA DRAM中的数据搬运至dma_memcpy驱动申请的连续内存空间（位于DDR）；
g)程序接收驱动上报input事件后，将数据从内核空间读取至用户空间，然后校验数据，同时通过ioctl函数获取DMA搬运数据耗时，并计算DMA传输速率（即读速率）。
（2） FPGA端程序原理说明如下：
a)实现PCIe Endpoint功能；
a)处理PCIe RC端发起的PCIe BAR0空间读写事务；
b)将PCIe BAR0读写数据缓存至FPGA DRAM中。
案例演示
评估板上电启动后，进入评估板文件系统执行如下命令，将随机数据先写入FPGA DRAM，再从FPGA DRAM读出。测试完成后，程序将会打印最终测试结果，包含读写平均传输耗时、读写平均传输速率、读写错误统计等信息。
Target#./dma_memcpy_demo -a 0xf0200000 -s 65536 -c 100 -d /dev/input/event6
图 5
表 2 测试结果说明
write/read | 写操作 | 读操作 |
time | DMA传输耗时，本次测试为79us | DMA传输耗时，本次测试为105us |
rate | DMA传输速率，本次测试为791.14MB/s | DMA传输速率，本次测试为595.24MB/s |
app time | 应用层写数据至驱动Buffer耗时，本次测试为55us | 应用层从驱动Buffer读取数据耗时，本次测试为288us |
app rate | 应用层写数据至驱动Buffer速率，本次测试为1132.10MB/s | 应用层从驱动Buffer读取数据速率，本次测试为217.99MB/s |
write_error/read_error | 写数据过程中出错次数，本次测试为0 | 读数据过程中出错次数，本次测试为0 |
到这里，我们的演示步骤结束。想要查看更多创龙科技旗下的瑞芯微RK3568J + FPGA相关的案例演
