在PCIE中有兩種數據傳輸方式：

DMA(Direct Memory Access)，直接內存訪問，在該模式下，數據傳送不是由CPU負責處理，而是由一個特殊的處理器DMA控制器來完成，因此占用極少的CPU資源。

PIO(Programmed Input-Output)，可編程輸入輸出，在該模式下，數據傳送由CPU執行I/O端口指令來按照字節或更大的數據單位來處理，占用大量的CPU資源，數據傳輸速度也大大低于DMA模式。舉例老說，在DMA方式下，如果copy文件的同時在播放mp3音樂，則不受絲毫影響；如果在PIO模式下，則會發現音樂聲時斷時續，這是因為大部分CPU資源被文件傳輸占用。

所以，總的來說，使用DMA模式時，計算機的運行速度會比使用PIO模式快很多。

在xilinx中生成IP核后，工程文件夾下會有這兩個文件夾：

[Xilinx_PCIe_BMD] xilinx FPGA 開發 pcie BMD DMA的verilog HDL源碼[example_design] xilinx pcie總線 pio模式下的控制器代碼。包含接收發送模塊，存儲模塊，控制模塊等。

1.DMA概念

DMA的英文拼寫是“Direct Memory Access”，漢語的意思就是直接內存訪問。

內存與內存（外設）交換數據不經過CPU。

使用DMA的好處就是它不需要CPU的干預而直接服務外設，這樣CPU就可以去處理別的事務，從而提高系統的效率，對于慢速設備，如UART，其作用只是降低CPU的使用率，但對于高速設備，如硬盤，它不只是降低CPU的使用率，而且能大大提高硬件設備的吞吐量。因為對于這種設備，CPU直接供應數據的速度太低。因CPU只能一個總線周期最多存取一次總線，而且對于ARM，它不能把內存中A地址的值直接搬到B地址。它只能先把A地址的值搬到一個寄存器，然后再從這個寄存器搬到B地址。也就是說，對于ARM，要花費兩個總線周期才能將A地址的值送到B地址。而DMA就不同了，一般系統中的DMA都有突發（Burst）傳輸的能力，在這種模式下，DMA能一次傳輸幾個甚至幾十個字節的數據，所以使用DMA能使設備的吞吐能力大為增強。

對于任何類型的DMA傳輸，我們都需要規定數據的起始源和目標地址。對于外設DMA的情況來說，外設的FIFO可以作為數據源或者目標端。當外設作為源端時，某個存儲器的位置(內部或外部)則成為目標端地址。當外設作為目標端，存儲的位置(內部或者外部)則成為源端地址

2.PCIe的DMA介紹

在PCIe中需要使用DMA的項目，一定要先看XAPP1052，里面包含一個DMA的參考設計，對初學者有極大的幫助。

XAPP1052中包含FPGA源代碼和驅動程序源代碼，其中FPGA源代碼最主要的文件為：

1、《TX_ENGINE.v》：是產生TLP包的邏輯，包含讀TLP請求用于DMA讀；寫TLP請求用于DMA寫；CPLD用于BAR空間讀。

2、《RX_ENGINE.v》：是解析TLP包的邏輯，包含讀TLP解析用于BAR空間讀、寫TLP解析用于BAR空間寫、CPLD解析用于DMA讀。

DMA分為讀和寫種操作，兩種操作在細節上不同。

這里先簡單介紹一下DMA讀過程：

1、驅動程序向操作系統申請一片物理連續的內存;

2、主機向該地址寫入數據；

3、主機將這個內存的物理地址告訴FPGA；

4、FPGA向主機發起讀TLP請求—連續發出多個讀請求；

5、主機向FPGA返回CPLD包—連續返回多個CPLD；

6、FPGA取出CPLD包中的有效數據；

7、FPGA發送完數據后通過中斷等形式通知主機DMA完成；

DMA寫過程如下：

1、驅動程序向操作系統申請一片物理連續的內存；

2、主機將這個內存的物理地址告訴FPGA；

3、FPGA向主機發起寫TLP請求，并將數據放入TLP包中—連續發出多個寫請求；

4、FPGA發送完數據后通過中斷等形式通知主機DMA完成；

5、主機從內存中獲取數據；

如果是參考XAPP1052，一定要注意幾點：

1.1連續內存

申請的內存一定要物理連續。DMA是直接對物理內存—也就是實際的內存條進行讀寫操作，必須為物理連續的內存；而應用程序和驅動程序一般只能申請到邏輯上連續的內存，在物理上不一定連續。XAPP1052中可以看到申請內存上的一些特殊處理，目的就是獲取物理連續的內存，可獲取4KB的物理連續內存。但是XAPP1052在內存處理上也存在一些問題，實驗尚可，應用則不行。如何獲取內存的物理地址在XAPP1052中已經有示范，可直接參考。

1.2將地址告訴FPGA

XAPP1052是在BAR空間開辟了一段專用地址存放DMA讀地址、DMA寫地址、DMA長度、TLP包大小等參數，可直接參考。

1.3寫TLP請求

DMA寫的操作相對簡單，只需要FPGA單向發起寫TLP操作即可完成，至于有沒有真正寫入內存一般不需要FPGA關心；而驅動程序需要等待一定時間讓數據正真寫入內存—中斷處理的時間已經足夠讓數據寫入內存，所以也不必特別關心。

發起寫TLP請求可以連續發送，但是注意《TX_ENGINE.v》中要處理讀TLP請求、寫TLP請求和CPLD，所以有時會遇到三種請求競爭的情況。如果想要提高DMA的效率可以重新設定三種請求的優先級。

1.4讀TLP請求

DMA讀的操作相對復雜，需要FPGA向主機發出讀請求，主機再返回數據。FPGA控制邏輯必須計算發起了多少個讀TLP請求，再計算收到的數據是否足夠。

一般來說FPGA可以一次發送所有的讀請求，然后按照順序接收數據即可。但是某些主板并不一定是按照請求的順序返回數據的情況，可能后發出的請求先返回數據，屬于主機亂序執行的現象。要么FPGA一次只發一個讀請求，等數據收到了再發現一個讀請求—但是效率就對不起了；要么對亂序情況進行特殊處理，XAPP1052還沒有解決該問題。

1.5特殊參數

TLP包中有很多參數，例如：TC、ATTR等等，如果不了解的話，千萬不要隨意修改，與參考設計保持一致即可，否則很容易導致藍屏。

1.6 DMA通道

XAPP1052中只實現了一個DMA讀通道和一個DMA寫通道。對于很多應用，例如兩路視頻采集，需要兩路DMA寫通道：要么把兩路數據按照一定的格式整合為一個流；要么實現兩路DMA寫通道，XAPP1052不能直接實現。

1.7數據流量

XAPP1052整個方案的效率并不高，數據流量非常有限。數據量較少時倒是夠用，數據量大了會發現CPU使用率非常高，占用一個CPU核心，但是還會丟數據。主要原因是XAPP1052一次DMA的總長度為4KB，每一次DMA完成必須以中斷形式通知驅動程序，驅動程序再配置下一次DMA。從FPGA角度來說，已經做到“盡力”了，但是數據量一大CPU不停的進入中斷，時間全部浪費在處理中斷上了，而且CPU使用率非常高。