PCI express based embedded system : system specification, design, simulation and implementation

Abstract

Die Architekturen heutiger PCs bestehen aus vielen Bussystemen mit unterschiedlichen Anforderungen, welche die Kommunikation der unterschiedlichen Geräte miteinander erlauben.<br />Heutzutage verlangen viele dieser modernen elektronischen Geräte eine hohe Bandbreite, oft höher als es die verfügbaren Eingangs und Ausgangs Bussysteme erlauben. Die größte Bedeutung hat Peripheral Component Interconnect (PCI), aber auch diese Bussysteme erreichen ihre praktischen Grenzen und beinhalten ernsthafte Probleme und Mängel, welche verhindern, dass die durch die elektronische Industrie geforderte, immer höhere Bandbreite und spezielle Eigenschaften erreicht werden.<br />Alle diese Faktoren zusammen haben die Entwicklung eines neuen IO Bussystems motiviert, dem sogenannten Peripheral Component Interconnect Express (PCIe) Bus, welcher als universelles Eingangs und Ausgangs Bussystem in den unterschiedlichsten Anwendungen, wie Desktops, Mobiles, Workstations, sowie Rechen- und Kommunikationsplattformen eingesetzt wird.<br />Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die Theorie von PCIe zusammengefasst und in monatlichen Präsentationen vorgestellt (PCIe Tutorial). Einige der vorhandenen PCIe Intellectual Property (IP) Lösungen im Markt wurden untersucht und verglichen.<br />Zusätzlich wurde ein PCIe basiertes embedded Datenübermittlungssystem spezifiziert, entworfen, simuliert und synthetisiert. Dieses System verwendet den Xilinx Microblaze soft Processor Core, den Xilinx PCIe Core und die Philips PX1011A physikalische Ebene.<br />Außerdem wurde die Datenkommunikation zwischen dem entworfenen PCIe basierten intelligenten Endpunkt-Gerät (in der PCIe Topologie) und dem System Speicher, sowie der Zentraleinheit (CPU), durch den Root Complex, simuliert.<br />Stichwörter: IP, Microblaze, PCI, PCIe Core, PCIe Endpunkt, On-chip Peripheral Bus (OPB), OPB IPIF, OPB zur PCIe Brücke, Philips PX1011A PHY, USER LOGIK.<br />

The platform of Today's PC consists of many local buses with different requirements, to allow the communication of different devices with each other. Nowadays, many of these modern electronic devices are demanding a high bandwidth, even higher than what already existing Input and Output(IO) bus systems can deliver, of most interest is the Peripheral Component Interconnect (PCI) bus.<br />These bus systems are reaching their practical limits and are facing serious problems and shortcomings that prevent them from being able to provide the bandwidth and features needed by the electronic industry, which keeps needing to an increased bandwidth.<br />All these factors together have motivated the engineering of a new IO bus system, the so-called Peripheral Component Interconnect Express (PCIe), which has been adopted as a general purpose IO device interconnect in different applications, such as desktop, server, mobile, workstations, computing and communication platforms.<br />Within this diploma work, the theory of PCIe was summarized and presented in monthly-based presentations (PCIe tutorial). Some of the available PCI Express Intellectual Property (IP) solutions in the market were studied and compared.<br />In addition to that, a PCIe-based embedded data communication system was specified, designed, simulated, and synthesized. This system utilizes the Xilinx Microblaze soft processor core, the Xilinx PCIe core, and the Philips PX1011A physical layer.<br />Data communication between the designed PCIe-based intelligent Endpoint device (in the PCIe topology) and the system memory, as well as the Central Processing Unit (CPU), through the Root complex, was simulated.<br />Keywords: IP, Microblaze, PCI, PCIe Core, PCIe Endpoint, On Chip Peripheral Bus (OPB), OPB IPIF, OPB to PCIe Bridge, Philips PX1011A PHY, USER LOGIC.