FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互，FPGA+DSP异构方案，提供3套工程源码和技术支持

FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互，FPGA+DSP异构方案，提供3套工程源码和技术支持

1、前言：SRIO在FPGA+DSP架构中的作用

SRIO简介：

RapidIO 是由 Motorola 和 Mercury 等公司率先倡导的一种高性能、 低引脚数，基于数据包交换的互连体系结构，是为满足高性能嵌入式系统需求而设计的一种开放式互连技术标准；SRIO 包含三层结构协议，即物理层、传输层、逻辑层，SRIO体系结构如下：

逻辑层：定义包的类型、大小、物理地址、传输协议等必要配置信息。
传输层：定义包交换、路由和寻址规则，以确保信息在系统内正确传输。
物理层：包含设备级接口信息，如电气特性、错误管理数据和基本流量控制数据等信息。

SRIO收发逻辑框图如下：

SRIO（Serial RapidIO）在FPGA+DSP异构架构中扮演着高速数据通道与系统互连核心的角色，其作用与优势主要体现在以下方面：

SRIO的核心作用
1、高速数据通道
实时数据传输：FPGA负责前端数据采集（如雷达回波、图像信号），通过SRIO将原始数据直接传输至DSP处理，速率可达 8-10 Gbps（实测效率＞80%理论值）。
低延迟交互：点对点传输延迟仅微秒级，满足实时处理需求（如电机控制、雷达成像）。
2、直接内存访问（DMA）
DSP可通过SRIO直接读写FPGA的片上存储或外挂DDR，无需CPU干预。例如：
SWRITE事务实现零开销突发传输，效率达95%以上。
FPGA作为协处理器时，DSP直接获取处理结果（如滤波后图像）。
3、可靠消息通知
门铃（Doorbell）中断：DSP向FPGA发送16位轻量级消息，触发实时响应（如任务启动/停止）。
中断延迟＜1μs，优于传统GPIO。
4、系统级扩展性
通过SRIO交换器连接多DSP/FPGA，构建分布式计算网络（如4个DSP+FPGA的基带处理卡）。
支持动态路由与多播传输，适应复杂拓扑。

SRIO的技术优势
1、高带宽与低延迟

2、硬件级可靠性
错误检测与重传：内置CRC校验与链路层重传机制，误码率＜10⁻¹²。
路径冗余：支持多路径备份，单点故障不影响系统运行（关键用于航天电子）。
3、灵活的协议支持
传输模式：
Direct I/O：直接存储映射（NWRITE/NREAD），适合大数据块传输。
Message Passing：信箱机制，支持复杂命令交互（如FPGA向DSP发送状态报告）。
物理层适配：支持1x/2x/4x链路聚合，兼容背板（VPX）、光模块等连接方式。
4、低功耗设计
相比PCIe，SRIO功耗低30-40%（实测1.5W@5Gbps）。
静态功耗＜0.1W，适合电池供电设备（如无人机雷达）。

典型应用场景
1、实时图像处理系统

FPGA完成像素校正，DSP执行AI识别，传输延迟＜10ms
2、无线通信基带
FPGA处理ADC采样数据，经SRIO分发至多DSP核（如LDPC解码）。
支持5G Massive MIMO的μs级波束成型。
3、高可靠性系统
航天器中的FPGA+DSP通过SRIO互连，抗辐射设计（如三模冗余）确保太空环境下的数据传输

总结
SRIO在FPGA+DSP架构中的核心价值是：
✅ 突破总线瓶颈：提供＞8Gbps的稳定带宽，替代共享总线。
✅ 实现异构协同：FPGA并行预处理 + DSP复杂算法，通过SRIO无缝衔接。
✅ 构建高可靠网络：冗余链路与硬件校验机制，满足军工/航天级需求

工程概述

本文详细描述了Xilinx的7系列FPGA实现FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互；以下从FPGA工程和DSP工程两个方向描述整个设计：

FPGA工程

FPGA工程调用Xilinx官方的SRIO IP核实现SRIO协议的物理层、传输层、逻辑层，作为SRIO的从设备（target），SRIO IP核留出了用户逻辑接口，用户只需要写自己的逻辑电路与之对接即可完成SRIO通信；本设计只做简单的数据缓存和读写，所以用户逻辑为纯verilog代码实现的请求响应事务模块，模块例化了两个RAMB36SDP的BRAM原语用户数据读写的缓存（4K Byte），为接收到的请求事务生成对应的响应事务，该模块参考了Xilinx官方SRIO IP核的仿真工程，根据请求-响应机制构造HELLO数据包，并根据读写地址操作BRAM以实现基于SRIO协议的数据收发架构；

DSP工程

DSP工程实现 DSP作为SRIO主设备（Initiator），通过SRIO总线与远程设备通信，进行高速数据传输测试。核心功能包括SRIO子系统初始化与链路建立、NWRITE/SWRITE写操作性能测试、NREAD读操作与数据完整性验证、传输速率实时统计与错误检测等，DSP工程分为裸机工程和RTOS系统工程，裸机工程不带操作系统，实时性更好，RTOS系统工程带轻量版RTOS操作系统，稳定性更好，测试结果通过串口打印观察；

针对市场主流需求，本博客提供3套工程源码，具体如下：

现对上述3套工程源码做如下解释，方便读者理解：

工程源码1

开发板FPGA型号为Xilinx公司的XC7K325T-2FFG676I；FPGA工程调用Xilinx官方的SRIO IP核实现SRIO协议的物理层、传输层、逻辑层，作为SRIO的从设备（target），SRIO IP核留出了用户逻辑接口，用户只需要写自己的逻辑电路与之对接即可完成SRIO通信；本设计只做简单的数据缓存和读写，所以用户逻辑为纯verilog代码实现的请求响应事务模块，模块例化了两个RAMB36SDP的BRAM原语用户数据读写的缓存（4K Byte），为接收到的请求事务生成对应的响应事务，该模块参考了Xilinx官方SRIO IP核的仿真工程，根据请求-响应机制构造HELLO数据包，并根据读写地址操作BRAM以实现基于SRIO协议的数据收发架构；

工程源码2

开发板DSP型号为TI公司的TMS320C6678；DSP工程实现 DSP作为SRIO主设备（Initiator），通过SRIO总线与远程设备通信，进行高速数据传输测试。核心功能包括SRIO子系统初始化与链路建立、NWRITE/SWRITE写操作性能测试、NREAD读操作与数据完整性验证、传输速率实时统计与错误检测等，本套工程为CCS 裸机工程，不带操作系统，实时性更好，测试结果通过串口打印观察；

工程源码3

开发板DSP型号为TI公司的TMS320C6678；DSP工程实现 DSP作为SRIO主设备（Initiator），通过SRIO总线与远程设备通信，进行高速数据传输测试。核心功能包括SRIO子系统初始化与链路建立、NWRITE/SWRITE写操作性能测试、NREAD读操作与数据完整性验证、传输速率实时统计与错误检测等，本套工程为CCS RTOS工程，带RTOS操作系统，稳定性更好，测试结果通过串口打印观察；

本文详细描述了FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互的设计方案，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的高速接口领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

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其实一直有朋友反馈，说我的博客文章太多了，乱花渐欲迷人，自己看得一头雾水，不方便快速定位找到自己想要的项目，所以本博文置顶，列出我目前已有的所有项目，并给出总目录，每个项目的文章链接，当然，本博文实时更新。。。以下是博客地址：
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3、工程详细设计方案

工程设计原理框图

工程设计原理框图如下：

FPGA端工程源码

FPGA端工程源码架构如下：

FPGA端SRIO从设备（Target）

FPGA工程调用Xilinx官方的SRIO IP核实现SRIO协议的物理层、传输层、逻辑层，作为SRIO的从设备（target），SRIO IP核留出了用户逻辑接口，用户只需要写自己的逻辑电路与之对接即可完成SRIO通信；本设计使用Xilinx官方的Serial Rapidlo Gen2 IP核，基础配置如下：

SRIO配置为5Gbps×4 Lane，对应的GT差分时钟需为125M；工程代码中通过配置cdcm61002时钟芯片输出125M连接至GTX高速收发器BANK；SRIO设计请参考Xilinx官方数据手册《pg007_srio_gen2》；I/O 端口配置使用 HELLO 格式包，其他参数保持默认值即可；

FPGA端SRIO请求响应事务模块

本设计只做简单的数据缓存和读写，所以用户逻辑为纯verilog代码实现的请求响应事务模块，模块例化了两个RAMB36SDP的BRAM原语用户数据读写的缓存（4K Byte），为接收到的请求事务生成对应的响应事务，该模块参考了Xilinx官方SRIO IP核的仿真工程，根据请求-响应机制构造HELLO数据包，并根据读写地址操作BRAM以实现基于SRIO协议的数据收发架构；
当 Initiator 发过来的写请求的目标地址的第 31 位到 16 位为 0x1087(address[31:16]=8’h1087)，数据将会存储至 BRAM；其他所有无需返回响应的写请求将会被丢弃，该模块不会为 SWRITE 返回响应。当 Initiator 发过来的读请求的目标地址的第 31 位到 16 位为 0x1087(address[31:16]=8’h1087)，数据将会从实际地址读出；
定义 HELLO 格式包头 FTYPE 字段与 TTYPE 字段的值，这两个字段的值与事务的类型有关。如下：

将 Initiator 发送的请求 treq_tdata 中的数据，按照 HELLO 格式的定义把对应的关键字段分离出来，如下：

生成有响应事务的标志，可看到没有 SWRITE 的标志，如下：

配置 SRIO Initiator 发送的读写事务基地址为 0x10870000；当地址字段的第 31 位到第 16 位为 0x1087，写事务的数据将会存储至 BRAM，如下：

生成数据存储的写地址信号 data_store_waddr 和读地址信号 data_store_raddr，该模块的数据位宽为 64bit，其中地址取了 current_addr[11:3]，而不是从第 0bit 开始取，即一次从 BRAM 读写 8Byte 大小的数据，一个地址对应一个字节，所以每读写一
次地址需递增（加 8），如下：

例化一个 RAMB36SDP，用于存储数据。DATA_WIDTH 为 64bit，ADDR 为 9bit，总容量为 2^9 x (64 / 8) = 512 x 8Byte = 4KByte，如下：

DSP端工程

DSP工程实现 DSP作为SRIO主设备（Initiator），通过SRIO总线与远程设备通信，进行高速数据传输测试。核心功能包括SRIO子系统初始化与链路建立、NWRITE/SWRITE写操作性能测试、NREAD读操作与数据完整性验证、传输速率实时统计与错误检测等，DSP工程分为裸机工程和RTOS系统工程，裸机工程不带操作系统，实时性更好，RTOS系统工程带轻量版RTOS操作系统，稳定性更好，测试结果通过串口打印观察；

代码功能概述
此代码实现 DSP作为SRIO主设备（Initiator），通过Serial RapidIO（SRIO）总线与远程设备通信，进行高速数据传输测试。核心功能包括：
1、SRIO子系统初始化与链路建立
2、NWRITE/SWRITE写操作性能测试
3、NREAD读操作与数据完整性验证
4、传输速率实时统计与错误检测
DSP端工程流程图如下：

DSP端SRIO读写核心细节
1、SRIO物理层配置（srio_device_init）
关键配置参数如下：

// SERDES PLL配置（250MHz参考时钟→2.5GHz）
CSL_BootCfgSetSRIOSERDESConfigPLL(0x51);  // MPY=10x
// 接收器配置（5Gbps速率）
CSL_BootCfgSetSRIOSERDESRxConfig(i, 0x00468495);  // EQ/CDR/TERM使能
// 发送器配置（5Gbps速率）
CSL_BootCfgSetSRIOSERDESTxConfig(i, 0x001C8F95);  // TAP权重/输出摆幅

链路建立流程如下：

while(!CSL_SRIO_IsPortOk(hSrio, 0)) { // 轮询端口状态cpu_delaycycles(1000000);         // 延迟1ms
}

2、数据传输机制（srio_test）
NWRITE写操作配置如下：

tparams.ftype = Srio_Ftype_WRITE;     // 快速非确认写
tparams.ttype = Srio_Ttype_Write_NWRITE;
tparams.bytecount = 4096;             // 4KB传输
tparams.rapidIOLSB = 0x10870000;      // 目标设备地址
tparams.dspAddress = w_buff_global;   // 源数据地址（DSP全局地址）

SWRITE写操作配置如下：

tparams.ftype = Srio_Ftype_SWRITE;    // 流式写（低开销）
tparams.ttype = Srio_Ttype_Write_SWRITE;

NREAD读操作配置如下：

tparams.ftype = Srio_Ftype_REQUEST;   // 请求类型
tparams.ttype = Srio_Ttype_Request_NREAD; 
tparams.rapidIOLSB = 0x10870000;      // 源数据地址（远程）
tparams.dspAddress = r_buff_global;   // 目标地址（DSP）

传输控制流程
传输控制流程如下：

性能计算原理

transStart = _itoll(TSCH, TSCL); // 记录开始时间戳
// ...传输执行...
transCost = _itoll(TSCH, TSCL) - transStart; // 计算周期数// 计算带宽（Gbps）
w_rate = (transfer_size * 8) * (main_pll_freq / transCost) / 1e9; 

关键代码解析
1、地址转换机制

w_buff_global = (uint8_t*)Convert_CoreLocal2GlobalAddr((uint32_t)w_buff);

2、数据验证方法

for(i=0; i<transfer_size; i++) {if(w_buff_global[i] != r_buff_global[i]) {err_count++;// 记录首个错误位置}
}

测试数据生成：基于种子随机数（保证可重复性）

srand(i); 
w_buff[i] = rand() % 0xFF;

3、传输状态监控

CSL_SRIO_GetLSUCompletionCode(hSrio, LSU_Number, transactionID, &uiCompletionCode, &context);

DSP端性能测试结果
典型输出示例如下：

=== loop times: 0 | err_count: 0 | 
trans_size: 4096 Byte | NWRITE write times: 1200 ns(3.28 Gbps) | 
NREAD read times: 1500 ns(2.73 Gbps)SRIO test 8 cycles, errcnt: 0, total size 32 KB, 
write type: NWRITE, avg write rate: 3.20 Gbps, 
read type: NREAD, avg read rate: 2.70 Gbps

性能分析：
NWRITE优势：无确认开销，实测带宽达理论值(5Gbps)的 64%
NREAD瓶颈：需等待远程响应，带宽利用率降至 54%

核心价值总结
此代码实现的价值在于：
1、验证SRIO物理层：通过SERDES配置确保5Gbps稳定链路
2、量化传输性能：精确测量NWRITE/SWRITE/NREAD的实时带宽
3、构建可靠基础：错误检测机制满足军工/航天级数据传输要求
4、提供优化基准：为异构系统（FPGA+DSP）提供高速互联参考实现

通过该测试框架，可快速评估SRIO在特定硬件平台上的极限性能，为实时信号处理、无线通信基带等场景提供关键互联技术支持。

4、工程源码1详解：FPGA逻辑工程

开发板FPGA型号：Xilinx–XC7K325T-2FFG676I；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
输入输出接口：SRIO高速接口；
实现功能：FPGA为SRIO从设备（Target）；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

5、工程源码2详解：DSP裸机工程

开发板DSP型号：TI–TMS320C6678；
FPGA开发环境：CCS5.5；
输入输出接口：SRIO高速接口；
实现功能：DSP为SRIO主设备（Initiator）；
DSP工程操作系统：裸机，无操作系统；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
DSP裸机工程源码架构如下：

6、工程源码3详解：DSP RTOS系统工程

开发板DSP型号：TI–TMS320C6678；
FPGA开发环境：CCS5.5；
输入输出接口：SRIO高速接口；
实现功能：DSP为SRIO主设备（Initiator）；
DSP工程操作系统：RTOS操作系统；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现SRIO高速接口与DSP交互的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design和工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
DSP裸机工程源码架构如下：

7、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：



更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

8、上板调试验证

准备工作

需要准备的器材如下：
FPGA+DSP异构开发板；
测试用PC电脑；
串口线；

程序下载bit

步骤如下：（顺序一定要对）
1、先下载FPGA程序
2、再下载DSP程序

DSP裸机工程测试

DSP裸机工程测试结果如下：

NWRITE + NREAD 模式：NWRITE=12.50Gbps NREAD=7.74Gbps
SWRITE + NREAD 模式：SWRITE=12.49Gbps NREAD=7.74G

DSP RTOS系统工程测试

DSP RTOS系统工程测试结果如下：

NWRITE + NREAD 模式：NWRITE=12.53Gbps NREAD=7.73Gbps
SWRITE + NREAD 模式：SWRITE=12.55Gbps NREAD=7.73Gbps

打印信息解析
loop time: N ：当前处于第 N 次循环读写；
err_count ： 读写校验误码率；
trans_size ： 读写大小；
NWRITE、SWRITE、”NREAD ： 表示使用 NWRITE、SWRITE 等方式传输；
write_time、read_times ： 读写耗时，并根据 trans_size 计算读写速率；
SRIO test 8 cycles, errcnt: 0, total size 32 KB,
write type: NWRITE, avg write rate: xx.xx Gbps,
read type: NREAD, avg read rate: xx.xx Gbps
表示共进行了 8 次循环读写，总读写大小为32KByte，码率为 0，并打印在 NWRITE + NREAD模式 8 次循环的平均速率；

9、工程代码获取

工程代码如下：