FPGA实现PCIe设备时的一个问题【图已补上】

cuizehan

我用的xilinx v6-lx130t-ff783-2的FPGA，来实现一个PCIe设备，整个系统的结构如下图


FPGA所在的板卡通过一根Cable连到PCIe转接卡，再通过金手指插到主机的PCIe插槽。
! y; Q/ H7 ]! R
, R; j5 c  E+ d上图中只画出了PERST#信号的拓扑结构。


  z. H+ W" x: Z5 ^! n正常的PCIe设备启动过程如下图
' S5 F5 J9 k  ?+ k& K  

2 {7 m  v2 n) i5 Z( _预期的正常情况是：

         1. 设备卡先加电，因此电源一直处于稳定状态，初始时PERST#被上拉到高电平。
         2. 启动主机，在主机POST过程中，PERST#被拉低一段时间，使所有的PCIe设备复位。
3 q& w4 w8 X7 B         3. 经过一段时间之后，大于tPVPERL，设备完成复位，准备好传输数据，主机撤去PERST#，设备开始工作。

4 x# u+ n, A. s
但是现在的情况是：
" K0 A/ K% R6 h) g$ H+ F/ O7 R7 q
. f, i- m1 ^& @8 j7 M0 Y) N         1. 如果设备卡不加电，则主机能够正常启动。
         2. 如果设备卡加电，则主机不能启动，显示器没信号，cpu、显卡风扇转速都很低，没有出现滴滴响声。
7 {& U( A$ y* v" q0 l* K5 N+ K
$ ~/ Y* L; N. f7 U, C
% F' `" l+ y7 M2 @5 I* F; H4 W( T我通过chipscope抓取了PERST#信号，发现设备卡加电时该信号时高时低，持续时间都不会超过1ms。
- _+ G6 |% z; _) D* _
我做了如下分析：
7 U; F- [0 q, u
* q- R: \$ l+ I7 R) I4 G. ?         1. 通过万用表测量，发现主机上所有的PCI、PCIe插槽的PERST#引脚都是相连的。
% I4 R; v6 r/ ?5 i         2. 因此正是PERST#信号的时高时低，使得主机的所有PCIe设备都不能正常工作，包括显卡，因此显示器会没信号，进而不能启动。

但是我不知道是什么原因造成了PERST#信号的时高时低，从系统的拓扑结构来看，当主机撤去PERST#的低电平时，PERST#应该被上拉到高电平才对。

  W; {7 U: ?5 k4 X0 z+ ~% T图中的3.3V - 2.5V电平转换器用的TXB0108芯片，参考的是xilinx ml605的原理图，因为v6的pcie核PERST#要求是2.5V电平的。

liqiangln

图形我看不到，不过PERST#时高时低，看情况是主机的电源在进行保护，导致PERST#上拉电源在复位，你看看你的Pcie卡的pin map是否有短路的，电源和地。
6 ~0 k) E/ {0 ^# d2 _) d5 R* @
或者是你看看你设计的V6子卡的pcie连接器的3.3V/12V的电源情况，通常是主板给子卡供电，但是你设计的子卡的3.3V/12V的pin上可能有电，是来自你子卡自身的电源模块，理解吗？
( t% ?5 H7 ~% c% V" C9 k- p; B
. }" z7 k7 O6 }: O- M这样3.3V/12V相当于2个源，主板的电源进入保护状态了。

cuizehan

图形我看不到，不过PERST#时高时低，看情况是主机的电源在进行保护，导致PERST#上拉电源在复位，你看看你的 ...
liqiangln 发表于 2010-8-15 00:46

+ o8 H0 D2 }( `1 s5 h: g* r, v/ s+ R$ R
6 A1 C, U% E% h: l/ h
    PCIe连接器并不传送电源，同时PCIe转接卡和FPGA子卡都采用外部电源供电。

4 x5 A$ Z$ O$ B    PCIe插槽上的3.3V/12V电源在接到PCIe转接卡的金手指时就做了开路，因此应该不存在3.3V/12V有两个源的情况。

这是PERST的拓扑结构图，再补一下
6 [1 s) k& x% Z, r

cuizehan

回复 2# liqiangln

' |! C1 J) e  e1 l; v
2 A3 W+ F! M, l+ K1 o; |& K    我怀疑是FPGA子卡的存在干扰了PERST#的正常时序，
) b# k7 S# `& M
9 W1 V$ Y) \+ V( V( R7 q% Z# N9 W    现在把子卡上4.7K的上拉电阻去掉后，问题还是存在。

liqiangln

其实在电路中说的信号完整性，电源完整性，干扰，仅仅是针对性能谈的，对于基本功能实现没那么大的危害，不要神化了，还是要从基本的方式解决问题。
7 ]" a0 `# M$ S比如说你的外部电源和你的主机是否是共地，是否有同样的参考点。

比如说你FPGA(设备卡)的3.3V和主机的3.3V是什么关系，因为你把设备卡链接上去的时候，这个3.3V就传递到主机卡上了，如果这个3.3V先于主机3.3V电源上电，那么可能造成主机的3.3V电源模块没启动。

cuizehan

又做了一个实验：

; ~% V% o9 V# W3 ^+ {6 S' G) m    把4.7K电阻焊上，把PCIe转接卡上的0R电阻换成开关。
  J* w& a- T7 t/ R
发现：

   若开关断开，则FPGA侧PERST#为高电平；
   若把开关合上，则PERST#被拉低，FPGA侧PERST#为低电平；
   若此时再把开关断开，则理论上PERST#应该被拉高，但实际中FPGA侧PERST#为低电平，3.3V-2.5V电平转换器的3.3V一端的PERST#电压为1.57V，2.5V一端为0.2V。

推断：
4 F9 n3 X1 K" m* ?" |% z
! i8 l2 A# e, N3 _. |6 P    可能是电平转换器的输入阻抗不够大，导致上拉能力不够，换一个470R的上拉电阻试一下。

cuizehan

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回复 5# liqiangln
8 X7 |  N# C4 {) D  j
. @5 g, A1 y4 X9 |. ^0 Y# m
    主机的3.3V电源和设备卡的3.3V电源是隔离的，分别由不同的电源模块产生，且中间没有通路。
    参考地是一样的。

cuizehan

回复 6# cuizehan

( s# d, l7 j( S: r
9 B  W/ Q9 }$ o    换了470R上拉电阻后，通过开关手工复位，主机可以正常启动，并且也检测到PCIe设备了。

    虽然可以了，但是需要手工操作。下面把开关换回0R电阻再试一试。

cuizehan

通过开关手工复位，和0R电阻，主机都可以正常启动，并且通过PCItree都检测到了该设备。

8 Q9 j! z. g$ u7 }" k! l但是，用0R电阻（由主机来实现复位时），PCI配置空间里的BAR寄存器是0，没有分配空间。
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通过手工开合开关（手工复位），PCI配置空间的BAR寄存器非0.

& q' d+ k& ^( B4 C2 w- Q' r, p& k还不知道是什么原因造成了这个现象。

liqiangln

你也可以把3.3Vto2.5V的模块，跨过，用分压电阻来实现，看看是否有改善。

PCIe金手指上出来RST以外，还有在位检测线号我记得也是默认上拉的，你看看是如何处理的？

如果你的地址空间没有分配，还是不能工作。

cuizehan

回复 10# liqiangln
' K0 W' v4 D* U, L

4 u/ b% {  E! E" D" L6 X    把3.3V-2.5V模块跨过，这个我还没想好怎么弄，主要是焊接上不好实现。

" p5 s% ^) V3 ]2 Y, O    在位检测信号，
          按照PCIe CEM规范上将，应该是讲两个PRSNT#短接，这样主机才能发现设备，提供电源和时钟。
  p1 k+ k! r/ _8 `8 Y+ r8 N          实际实现中并没有直接短接，而是用了一个跳线，发现不管有没有短接都没什么影响。
          之前一个做这方面的工程师给讲过，说一般的PC机是没实现这个功能的，直接给所有的插槽提供给电源和时钟，所以这两个信号可以不用管。

liqiangln

不知道你找到原因没呢?