????? ?1、背景

?????? ?眾所周知，在傳統(tǒng)的FPGA應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常需要將采集到的大量原始數(shù)據(jù)或者處理后的數(shù)據(jù)存到本地，但是FPGA不像上位機(jī)，沒有系統(tǒng)，所以做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)會(huì)非常麻煩，也就是我們俗稱的數(shù)據(jù)流盤。

?????? ?雖然，我們可以將一部分?jǐn)?shù)據(jù)存放到DDR里面緩沖，但是內(nèi)存的容量太有限了，一般也就是幾十GB，價(jià)格貴，并且一旦掉電數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，弊端很多。因此，很多廠商發(fā)明了磁盤陣列系統(tǒng)，用多個(gè)廉價(jià)的SATA或者NVME接口的固態(tài)硬盤進(jìn)行并行讀寫，突破了帶寬和容量的限制，比如采用8個(gè)工業(yè)級(jí)的1T SATA固態(tài)硬盤，同時(shí)進(jìn)行讀寫操作，可以實(shí)現(xiàn)平均3.2GB/s的讀寫速度，容量更是高達(dá)8T，當(dāng)然，磁盤容量和數(shù)量還可以進(jìn)一步擴(kuò)充。

?????? ?但是這類商業(yè)磁盤陣列系統(tǒng)，價(jià)格非常昂貴，體積大，不方便集成。因此，很多FPGA高手就會(huì)想著去買成熟的SATA或者NVME商業(yè)IP核，這類FPGA IP動(dòng)輒十幾萬甚至幾十萬，很多小公司或者個(gè)體戶無法承受這么昂貴的成本。所以他們會(huì)轉(zhuǎn)向采用傳統(tǒng)的SD卡或者Flash來存放數(shù)據(jù)，但是限制很明顯，那就是SD卡或者Flash的容量太小，速度太慢，稱不上是流盤系統(tǒng)，頂多也就是記錄一下少量的參數(shù)和狀態(tài)信息。

?????? ?針對(duì)目前磁盤陣列和流盤（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）行業(yè)里面遇到的這些問題，我們神電測控聯(lián)合FPGA專家花費(fèi)了半年時(shí)間攻關(guān)，終于完成了基于LabVIEW My FPGA軟件工具包下的SATA固態(tài)硬盤IP軟件、FPGA SATA Demo以及配套的上位機(jī)軟件。

????? ?2、官宣

?????? ?時(shí)隔半年，LabVIEW My FPGA軟件工具包，終于迎來了一位重量級(jí)成員，那就是基于FPGA的高速磁盤陣列（流盤）IP。

?????? ?用戶可以在LabVIEW FPGA環(huán)境下，直接使用我們封裝好的SATA磁盤VI（Socket CLIP），然后自動(dòng)編譯下載到FPGA芯片里面運(yùn)行，分分鐘實(shí)現(xiàn)一套高速磁盤陣列系統(tǒng)，性能和指標(biāo)可以完全PK市面上現(xiàn)有的流盤系統(tǒng)。

?????? ?當(dāng)然了，對(duì)于很多不需要磁盤陣列的應(yīng)用，也可以單獨(dú)使用一個(gè)低成本的SATA固態(tài)硬盤作為FPGA的貼身保鏢，實(shí)現(xiàn)FPGA數(shù)據(jù)的在線實(shí)時(shí)流盤，就像飛機(jī)的黑匣子那樣，真正補(bǔ)齊了FPGA的最后一塊短板。

?????? ?傳統(tǒng)的SATA FPGA IP使用起來非常麻煩，我們專門將SATA底層復(fù)雜的邏輯進(jìn)行優(yōu)化和封裝，然后移植到我們的LabVIEW My FPGA工具包里面來，直接通過圖形化的方式進(jìn)行調(diào)用，門檻極低，只要有一點(diǎn)LabVIEW基礎(chǔ)，就可以非常輕松地開發(fā)出基于FPGA的高速流盤系統(tǒng)了，當(dāng)然，用戶也可以直接基于我們編寫好的LabVIEW FPGA SATA Demo程序進(jìn)行少量修改和適配，定制出適合自己的FPGA SATA流盤板卡或者陣列。

?????? ?下面我們詳細(xì)講解一下，如何利用LabVIEW編寫FPGA SATA固態(tài)硬盤高速讀寫程序，同時(shí)還可以將FPGA讀取SATA固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)通過PCIe上傳到上位機(jī)進(jìn)行觀察回放。

????? ?3、硬件準(zhǔn)備

?????? ?眾所周知，我們的LabVIEW My FPGA軟件工具包主打開源國產(chǎn)化，不限制任何廠家FPGA硬件。為了測試我們封裝好的My FPGA SATA IP（VI），我們從市場上隨便淘了一個(gè)便宜的帶標(biāo)準(zhǔn)SATA接口的Kintex-7 FPGA開發(fā)板，如圖100-1所示。廠家是杭州言曼科技，感興趣的用戶可以在網(wǎng)上搜索一下。同時(shí)，這個(gè)K7開發(fā)板還支持PCIe高速通信，正好后續(xù)磁盤數(shù)據(jù)回放里面可以用上，將FPGA從SATA里面讀取的數(shù)據(jù)通過PCIe總線發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行顯示。

?????? ?注意：一般的K7開發(fā)板廠家都沒有集成SATA接口，是因?yàn)樗麄兲峁┎涣薙ATA例程。而KU和KU+開發(fā)板一般會(huì)預(yù)留SATA接口，但是這樣的板子價(jià)格比較貴。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ??這款K7開發(fā)板上面預(yù)留了4路標(biāo)準(zhǔn)SATA接口，可以同時(shí)連接4個(gè)獨(dú)立的SATA固態(tài)硬盤。這里我們選擇了一個(gè)商業(yè)級(jí)的256GB容量的mini SATA固態(tài)硬盤，如圖100-2所示。有條件的用戶也可以嘗試一下工業(yè)級(jí)的SATA盤，工業(yè)級(jí)的SATA盤讀寫性能要比商業(yè)級(jí)更快，且速度更穩(wěn)定。

? ? ? ??由于FPGA開發(fā)板上預(yù)留的是標(biāo)準(zhǔn)SATA接口，mini SATA盤不能直接連，用戶可以直接在淘寶上買一個(gè)mini SATA轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)SATA口的轉(zhuǎn)接板，如圖100-3所示；這種轉(zhuǎn)接板一般需要外部獨(dú)立供電，網(wǎng)上有很多這種接口的電源，比如圖100-4所示的可以專門給SATA供電的12V電源適配器。

?

? ? ? ? 將前面的miniSATA固態(tài)硬盤、轉(zhuǎn)接板、電源適配器組裝一下，就可以接到FPGA開發(fā)板上了，實(shí)物如圖100-5所示。當(dāng)然了，用戶也可以直接從PC或者工控機(jī)里面拆一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SATA接口的硬盤或者網(wǎng)上買一個(gè)，如圖100-6所示，這樣就不需要那個(gè)轉(zhuǎn)接板了。

? ? ? ??二者區(qū)別就是：miniSATA硬盤體積小，重量輕，易于集成；標(biāo)準(zhǔn)SATA盤體積大，一般用于傳統(tǒng)PC或者工控機(jī)領(lǐng)域。

?????? ?為了將FPGA從SATA固態(tài)硬盤里面讀出來的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行回放顯示，我們可以借助FPGA的PCIe通信口。因?yàn)楝F(xiàn)在很多筆記本都有雷電口，所以只要買一個(gè)TypeC雷電口轉(zhuǎn)PCIe擴(kuò)展塢跟FPGA開發(fā)板的PCIe連起來，就可以很方便的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)（筆記本）跟下位機(jī)FPGA之間的PCIe數(shù)據(jù)通信了，并且相較于傳統(tǒng)的工控機(jī)，更容易攜帶和調(diào)試。如圖100-7所示。

????? ?4、下位機(jī)FPGA SATA硬盤讀寫程序開發(fā)

?????? ?下面我們先來講解一下如何利用LabVIEW編寫一個(gè)下位機(jī)FPGA程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)SATA固態(tài)硬盤的讀寫；通過3個(gè)FPGA SATA Demo程序向大家展示一下，使用LabVIEW調(diào)用我們封裝好的SATA IP是多么的簡單實(shí)用。

?????? ?1首先，新建一個(gè)LabVIEW項(xiàng)目，右擊“我的電腦”選擇新建“終端和設(shè)備”，如圖100-8所示。

? ? ? ? 2在彈出來的對(duì)話框里面，找到Kintex7-325T家族，展開之后，找到里面帶SATA后綴的FPGA終端，如圖100-9所示。選中之后，可以看到FPGA終端里面多出來一個(gè)SATA Socket CLIP，如圖100-10所示。

? ? ? ??下面，我們簡單介紹一下，SATA IP在LabVIEW My FPGA下每個(gè)端口的含義：

?????? ?1）圖100-11顯示的是SATA IP的兩個(gè)復(fù)位信號(hào)?？梢詫?duì)底層的SATA IP核和硬盤進(jìn)行復(fù)位操作，一般情況下，F(xiàn)PGA VI運(yùn)行的時(shí)候，執(zhí)行一次復(fù)位即可。

? ? ? ? 2）圖100-12顯示的是SATA IP的寄存器讀寫端口?？梢詫?duì)底層的SATA IP核進(jìn)行寄存器讀寫操作，比如我們可以對(duì)指定寄存器地址寫入或者讀取的扇區(qū)首地址、連續(xù)讀寫的扇區(qū)個(gè)數(shù)進(jìn)行配置，也可以讀取SATA IP內(nèi)部的寄存器工作狀態(tài)，這個(gè)在后續(xù)的Demo程序里面再給用戶做詳細(xì)的介紹。

? ? ? ? 3）圖100-13顯示的是SATA IP讀寫命令是否執(zhí)行結(jié)束標(biāo)志。如果SATA磁盤處于單次或者連續(xù)讀取或者寫入忙狀態(tài)，CMD_BUSY處于高電平，讀寫完成后該信號(hào)拉低，而CMD_END信號(hào)在讀寫完成后會(huì)拉高一個(gè)時(shí)鐘周期，用戶可以任選其一作為完成信號(hào)。

? ? ? ? 4）圖100-14顯示的是SATA IP數(shù)據(jù)流寫入和讀取端口。我們按照標(biāo)準(zhǔn)的四線握手進(jìn)行封裝，這樣用戶就可以直接將LabVIEW FPGA里面的FIFO與下面的WR和RD進(jìn)行互聯(lián)，在后續(xù)的FPGA VI程序框圖中可以看到，非常簡單。需要注意的是：這6個(gè)端口需要放在200MHz（推薦大于等于150M時(shí)鐘）時(shí)鐘域里面運(yùn)行，因?yàn)镾ATA IP底層走的GTX時(shí)鐘是150MHz，數(shù)據(jù)位寬是32位，也就是單個(gè)SATA磁盤的最大理論帶寬是150M×4Byte/s=600MByte/s.除了這6個(gè)端口外，其余的SATA REG寄存器和狀態(tài)端口全部放在低速的50MHz時(shí)鐘域里面運(yùn)行就可以了。

? ? ? ? 5）圖100-15顯示的是SATA IP寄存器和狀態(tài)信息端口。如果SATA硬盤出現(xiàn)故障，我們可以通過下面的6個(gè)狀態(tài)輸出口進(jìn)行排查，比如，如果SATA硬盤跟FPGA斷開了，那么LED_LINK_UP會(huì)熄滅。如果SATA IP初始化成功的話，LED_LINK_UP和GTX_PLLLOCKED會(huì)點(diǎn)亮。

? ? ? ??3雖然，上面我們簡單介紹了一下封裝到LabVIEW FPGA下的SATA IP端口含義，但是很多用戶不知道具體怎么使用。下面我們通過3個(gè)FPGA SATA VI Demo示例程序向用戶講解一下調(diào)用過程。這3個(gè)FPGA VI下位機(jī)程序，如圖100-16所示。

?????? ?這3個(gè)FPGA SATA VI示例程序分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)SATA固態(tài)硬盤的單次讀寫、連續(xù)讀寫以及通過PCIe由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA SATA的操控和數(shù)據(jù)回放。

? ? ? ??4雙擊打開第一個(gè)FPGA SATA單次讀寫VI（實(shí)驗(yàn)100.1-SATA固態(tài)硬盤高速流盤-FPGA-單次.vi），里面一共有3個(gè)定時(shí)循環(huán)，如圖100-17所示。相當(dāng)于3個(gè)獨(dú)立并行的線程，分別是“SATA寄存器操作線程”、“SATA數(shù)據(jù)流讀寫線程”和“模擬數(shù)據(jù)產(chǎn)生用戶線程”。對(duì)應(yīng)的FPGA VI前面板，如圖100-18所示。

? ? ? ? 1）第1個(gè)定時(shí)循環(huán)“SATA寄存器操作線程”，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)架構(gòu)，可以對(duì)SATA IP進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位、扇區(qū)地址、扇區(qū)數(shù)量進(jìn)行設(shè)置，然后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流讀寫，同時(shí)還能計(jì)算出單次讀寫消耗的時(shí)間，方便用戶對(duì)SATA盤平均讀寫速度的計(jì)算。我們看看最后一個(gè)狀態(tài)，當(dāng)單次讀寫完成后，CMD_END會(huì)拉高一個(gè)時(shí)鐘周期，根據(jù)這個(gè)狀態(tài)信息重新回到Idle狀態(tài)，然后等待下一次的SATA操作。需要注意的是：單次往SATA硬盤側(cè)寫入的扇區(qū)數(shù)量不能超過65535個(gè)，另外，我們封裝的SATA地址和容量單位都是扇區(qū)，單個(gè)扇區(qū)大小為512字節(jié)，相當(dāng)于地址偏移量是512.假設(shè)一個(gè)SATA盤的容量是256GB，那么等效的扇區(qū)個(gè)數(shù)就是256GB/512B=500M，扇區(qū)地址就是0~500M-1.

? ? ? ? 2）第2個(gè)定時(shí)循環(huán)“SATA數(shù)據(jù)流讀寫線程”，位于200MHz系統(tǒng)時(shí)鐘域里面，因?yàn)閱蝹€(gè)SATA固態(tài)硬盤底層調(diào)用的GTX時(shí)鐘最小是150MHz。這個(gè)線程里面的程序框圖非常簡單，用戶只需要將讀寫數(shù)據(jù)緩沖區(qū)FIFO按照標(biāo)準(zhǔn)四線握手的方式跟SATA WR和RD端口互連起來即可，如圖100-20所示。這樣做的好處是，可以將用戶線程跟SATA線程隔離開，不同的行業(yè)應(yīng)用，只需要在用戶線程里面讀取或者寫入數(shù)據(jù)就可以了。

? ? ? ? 3）第3個(gè)定時(shí)循環(huán)“用戶線程”，看過我們寶典前面串口、IIC、SPI、千兆以太網(wǎng)等相關(guān)內(nèi)容的用戶知道，我們習(xí)慣于將通信線程跟用戶線程分開，二者之前通過FIFO進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)跨時(shí)鐘域訪問。本節(jié)實(shí)驗(yàn)程序里面的用戶線程，是用來模擬SATA寫入數(shù)據(jù)的，可以將FPGA VI前面板上的“寫入數(shù)據(jù)”輸入控件里面的數(shù)值寫到SATA硬盤里面去，當(dāng)然也可以將SATA硬盤里面的數(shù)據(jù)讀出來更新到顯示控件“讀出數(shù)據(jù)”里面，如圖100-21所示。

? ? ? ? 4）需要提醒用戶的是：對(duì)SATA固態(tài)硬盤寫固定值和寫隨機(jī)的數(shù)據(jù)，速度是不一樣的，如果對(duì)多個(gè)連續(xù)扇區(qū)進(jìn)行固定值寫入，速度非?？?，商業(yè)盤可以到400多MB/s，如果是變化的數(shù)據(jù)，一般是150MB/s左右；工業(yè)級(jí)的SATA盤更快，可達(dá)穩(wěn)定的400MB/s。。

?????? ?5上面的Demo程序?qū)崿F(xiàn)了FPGA對(duì)SATA盤的單次最大不超過65535個(gè)扇區(qū)的連續(xù)讀寫，如果想要實(shí)現(xiàn)更多扇區(qū)的連續(xù)讀寫，可以打開我們的第2個(gè)FPGA SATA Demo示例程序。其實(shí)整體程序框圖跟單次讀寫是類似的，只不過我們稍微調(diào)整了一下狀態(tài)機(jī)讀寫退出的機(jī)制而已，如圖100-22所示。將單次讀寫完成后的扇區(qū)數(shù)量進(jìn)行累加，直到滿足用戶指定的扇區(qū)總數(shù)量才會(huì)停止退出這個(gè)狀態(tài)機(jī)，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)SATA盤的連續(xù)讀寫。

? ? ? ? 6無論是前面的FPGA SATA單次還是連續(xù)讀寫，用戶都可以手動(dòng)在FPGA VI前面板上通過控件和按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)SATA盤的操作，這樣便于用戶理解和掌握SATA盤數(shù)據(jù)讀寫機(jī)制，整個(gè)過程非常直觀，這一切都得益于我們打通了LabVIEW FPGA VI在線前面板交互式功能。不需要單獨(dú)編寫上位機(jī)的情況下，也能直接操作FPGA VI前面板，效果非常好，具體演示我們會(huì)在后續(xù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)給大家講解。

?????? ?熟悉和掌握我們的My FPGA SATA IP用法之后，就可以研究我們提供的模擬真實(shí)場景下的第3個(gè)FPGA VI Demo應(yīng)用案例，那就是“磁盤陣列回放系統(tǒng)”。下位機(jī)FPGA可以將SATA磁盤里面的數(shù)據(jù)讀出來通過USB2.0、USB3.0、千兆以太網(wǎng)或者PCIe高速總線傳輸給上位機(jī)（可以是Windows主機(jī)也可以是Linux RT實(shí)時(shí)系統(tǒng)），進(jìn)行離線觀察和顯示。

?????? ?雙擊打開FPGA終端下的第3個(gè)“實(shí)驗(yàn)100.3-SATA固態(tài)硬盤高速流盤-FPGA-連續(xù)+PCIe DMA.vi”示例程序，可以看到，我們是在前面FPGA SATA連續(xù)讀寫例程里面，加上寶典第7章的PCIe總線通信，實(shí)現(xiàn)了磁盤陣列的數(shù)據(jù)操控和回放功能。具體的下位機(jī)FPGA程序框圖，如圖100-23所示。這里不再贅述了。

? ? ? ??這個(gè)FPGA SATA VI程序前面板相應(yīng)的增加了一些PCIe控件，如圖100-24所示。

????? ?5、上位機(jī)SATA磁盤陣列回放程序開發(fā)

?????? ?光有下位機(jī)FPGA SATA VI程序還不夠，很多客戶希望有一個(gè)獨(dú)立的上位機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)FPGA程序的控制，這樣才是一個(gè)完整的項(xiàng)目開發(fā)。為此，我們單獨(dú)編寫了一個(gè)基于PCIe總線傳輸?shù)拇疟P陣列數(shù)據(jù)流盤回放的上位機(jī)軟件，提供給大家。如圖100-25所示。

? ? ? ? ?1雙擊打開這個(gè)上位機(jī)VI程序前面板，如圖100-26所示?？梢钥吹剑覀兪窃诒緯懊娴?章的PCIe上位機(jī)例程基礎(chǔ)上稍加修改就實(shí)現(xiàn)了SATA磁盤陣列的回放程序。上位機(jī)VI前面板上主要增加的是FPGA SATA下位機(jī)前面板上的一些控件，這樣用戶就可以通過PCIe下行通道將上位機(jī)參數(shù)下發(fā)給FPGA程序，即使不借助FPGA VI在線前面板也能實(shí)現(xiàn)由上位機(jī)來獨(dú)立操控下位機(jī)FPGA程序了；同時(shí)也把下位機(jī)FPGA前面板上的SATA顯示控件也就是狀態(tài)信息通過PCIe上行通道傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示出來，方便用戶獨(dú)立觀察；最后就是將FPGA從SATA磁盤里面讀出來的數(shù)據(jù)通過DMA FIFO傳輸?shù)缴衔粰C(jī)回放出來。

? ? ? ? 2上位機(jī)對(duì)應(yīng)的程序框圖一共有3個(gè)線程，分別是“下發(fā)SATA控制參數(shù)”、“讀取SATA數(shù)據(jù)流”和“讀取SATA狀態(tài)信息”。下面簡單介紹一下3個(gè)線程對(duì)應(yīng)的程序框圖。

?????? ?1）首先是“下發(fā)SATA控制參數(shù)”這個(gè)while循環(huán)（線程），負(fù)責(zé)將上位機(jī)前面板的控件信息和參數(shù)，比如SATA盤的扇區(qū)地址、連續(xù)讀寫扇區(qū)長度、讀還是寫、分頻系數(shù)等通過PCIe下行通道（比如ch13）下發(fā)給FPGA，如圖100-27所示。不熟悉的用戶可以看看我們寶典第7章PCIe部分的相關(guān)內(nèi)容和案例。

? ? ? ? 2）接著是“讀取SATA數(shù)據(jù)流”這個(gè)while循環(huán)（線程），負(fù)責(zé)將下位機(jī)FPGA從SATA硬盤里面讀取的數(shù)據(jù)流通過PCIe DMA上行通道（比如ch9）讀到上位機(jī)，然后放到波形圖里面實(shí)時(shí)顯示，如圖100-28所示。

? ? ? ? 3）最后是“讀取SATA狀態(tài)信息”這個(gè)while循環(huán)（線程），可以將下位機(jī)FPGA SATA盤當(dāng)前正在讀寫的扇區(qū)地址、連續(xù)讀寫扇區(qū)長度、SATA盤連接狀態(tài)、錯(cuò)誤信息等通過PCIe上行通道（比如ch8）讀到上位機(jī)，如圖100-29所示。這樣，即使我們不借助FPGA VI在線前面板交互式功能，也能實(shí)時(shí)觀察下位機(jī)FPGA SATA的運(yùn)行情況。

? ? ? ? 4）需要提醒用戶的是：上位機(jī)初始化打開下位機(jī)FPGA PCIe對(duì)應(yīng)的通道號(hào)之前，最好用Winobj工具觀察一下上位機(jī)設(shè)備管理里面映射出來的PCIe具體通道號(hào)名稱是多少，如圖100-30所示。很多用戶在這個(gè)地方翻車了，一上來直接運(yùn)行上位機(jī)VI，導(dǎo)致崩潰退出，這是因?yàn)榭磿蛔屑?xì)，實(shí)際上，本書第7章關(guān)于Winobj的用法做過詳細(xì)的介紹，不記得的用戶可以回顧一下。為了同時(shí)識(shí)別多個(gè)FPGA板卡，每個(gè)FPGA板卡里面的DMA通道名稱不能相同，比如第一塊FPGA硬件是ch0~ch7，第2塊FPGA硬件是ch8~ch15.而下位機(jī)FPGA程序框圖使用的是ch0、ch1和ch5，那么針對(duì)第2塊FPGA硬件的上位機(jī)PCIe通道號(hào)就要偏移累加8，也就是ch8、ch9和ch13的由來。

????? ?6、實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果

?????? ?這里我們直接測試第3個(gè)FPGA SATA流盤示例程序，也就是SATA磁盤陣列數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)。????

?????? ?1首先，直接運(yùn)行下位機(jī)FPGA VI，在FPGA程序生成規(guī)范里面勾選“加載至FPGA時(shí)運(yùn)行”，等待編譯完成后，可以看到對(duì)應(yīng)的FPGA芯片資源消耗情況，如圖100-31所示；接著自動(dòng)彈出交互式下載對(duì)話框，由于我們還沒有將Xilinx下載器接到FPGA開發(fā)板上，所以LabVIEW會(huì)提示找不到Cable，如圖100-32所示。

? ? ? ? 2接下來，將Xilinx JTAG下載器接到FPGA開發(fā)板上，如圖100-33所示。給FPGA板子和SATA硬盤上電。

? ? ? ? 然后，打開這個(gè)路徑下的這個(gè)ini文件

（C:\Program Files (x86)\National Instruments\LabVIEW 2015\vi.lib\FPGAPlugInAG\My_FPGA_Robot_BoaRD）

確保download+debug=1，然后直接運(yùn)行剛剛編譯好的下位機(jī)FPGA VI，等待幾秒鐘，可以看到FPGA開發(fā)板上的Done指示燈熄滅，說明FPGA被JTAG控制了，正在下載程序，下載完成后，Done指示燈會(huì)重新點(diǎn)亮，但是FPGA VI前面板并沒有進(jìn)入在線交互式運(yùn)行，而是直接彈出一個(gè)錯(cuò)誤提示框，如圖100-34所示。

? ? ? ? 這是因?yàn)橄挛粰C(jī)FPGA里面含有PCIe程序框圖，而PCIe從設(shè)備下載bit文件之后必須要重啟主機(jī)才能識(shí)別，識(shí)別之后，主機(jī)才會(huì)給從設(shè)備FPGA提供100MHz PCIe時(shí)鐘；如果FPGA程序框圖里面的任何一個(gè)定時(shí)循環(huán)時(shí)鐘不存在，都會(huì)報(bào)這個(gè)超時(shí)錯(cuò)誤，關(guān)于這點(diǎn)我們在寶典第7章做過非常詳細(xì)的講解和提醒，不記得的用戶一定要多看幾遍。

?????? ?3既然FPGA SATA程序下載到FPGA芯片里面運(yùn)行了，只需要熱重啟一下主機(jī)或者插拔一下我們的TypeC雷電轉(zhuǎn)PCIe模塊，就可以讓主機(jī)識(shí)別到下位機(jī)FPGA PCIe設(shè)備，比如，打開設(shè)備管理器，可以看到加載成功的PCIe驅(qū)動(dòng)，如圖100-35所示。同時(shí)，F(xiàn)PGA開發(fā)板上的LED0指示燈閃爍起來了，這個(gè)是Xillybus PCIe心跳指示燈，說明FPGA里面的PCIe工作正常。

? ? ? ? 4然后將ini文件里面的1改成0，也就是download+debug=0，相當(dāng)于告訴LabVIEW FPGA直接進(jìn)入在線前面板交互式運(yùn)行，不要去下載bit文件了，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)下載過了，不然就會(huì)陷入下載bit，PCIe重啟的死循環(huán)了。改完之后，再次點(diǎn)擊運(yùn)行下位機(jī)FPGA VI程序，此時(shí)，可以看到下位機(jī)FPGA前面板活了，并且“PCIe_Status[]”狀態(tài)布爾數(shù)組里面的LED0閃爍了，說明PCIe工作正常，同時(shí)“LED_LINK_UP”和“GTX_PLLLOCKED”都點(diǎn)亮了，說明SATA IP初始化成功，如圖100-36所示。

? ? ? ? 5由于我們的LabVIEW My FPGA有這個(gè)在線前面板交互式功能，所以不用打開上位機(jī)，直接就能測試SATA盤讀寫是否正常。比如我們想把1234寫入到扇區(qū)地址從0開始的1M個(gè)連續(xù)空間（1M×512Byte）里面，那么用戶可以在下位機(jī)FPGA VI前面板上輸入以下參數(shù)，如圖100-37所示。注意：分頻系數(shù)設(shè)置為1，這樣可以保證產(chǎn)生源數(shù)據(jù)的速度要大于理論值600MB/s，才不會(huì)拖累SATA。

? ? ? ? 6然后點(diǎn)擊一下“Start”按鈕，此時(shí)，可以看到“單次寫入扇區(qū)首地址（512字節(jié)）”這個(gè)控件里面的數(shù)值在不斷增加，說明FPGA正在往SATA硬盤里面寫入數(shù)據(jù)，等到1M個(gè)扇區(qū)空間全部寫完之后，“連續(xù)讀寫消耗時(shí)間(ms)”控件里面顯示出5.151s，如圖100-38所示。這就是本次連續(xù)寫操作花費(fèi)的時(shí)間，這樣我們就可以計(jì)算出當(dāng)前這塊商業(yè)SATA盤的平均寫入速度：1M×512Byte/5.151s=99.398MB/s，這個(gè)速度還可以，因?yàn)檫@個(gè)盤比較老，讀寫次數(shù)太多導(dǎo)致的，如果對(duì)這個(gè)盤格式化一下，寫入速度馬上就能飆到150MB/s。工業(yè)級(jí)的SATA固態(tài)盤寫入速度可以到450MB/s，讀取速度更快。另外，如果寫入固定值和變化值，SATA固態(tài)盤的讀寫速度也是有很大差別的。前面Demo1和Demo2每次讀寫的是固定值，所以速度更快，這里的Demo3是一個(gè)連續(xù)的正弦信號(hào)，變化值，所以速度會(huì)慢一些，這個(gè)是SATA盤本身機(jī)制的問題，跟FPGA沒有關(guān)系。

? ? ? ? 7下面，我們測試一下SATA讀取速度，將“單次讀寫扇區(qū)首地址(512字節(jié))”重新設(shè)置為0，總?cè)萘窟€是1M不變，將“Write”按鈕切換到Read模式，按下“一直讀取”按鈕，如圖100-39所示。然后再點(diǎn)擊“Start”觸發(fā)讀取操作，很明顯，地址增加的速度要比寫入更快，等待讀取完成后，可以看到本次讀取操作花費(fèi)的時(shí)間是997ms，如圖100-40所示，也就是0.997s，等效的平均讀取速度是1M×512Byte/0.997s=513.54MB/s，因?yàn)樽x取操作不需要對(duì)SATA進(jìn)行擦除和校驗(yàn)，所以速度更快。

? ? ? ? 8最后，我們打開上位機(jī)測試程序，利用上位機(jī)直接對(duì)下位機(jī)FPGA進(jìn)行SATA控制和數(shù)據(jù)讀寫操作。注意：切換到上位機(jī)控制模式，要把FPGA VI前面板上的“一直讀取”關(guān)閉掉，如圖100-41所示。

? ? ? ? 9首先，測試一下上位機(jī)控制FPGA寫入SATA硬盤功能，將5.12GByte的正弦信號(hào)一次性寫入SATA固態(tài)硬盤，參數(shù)設(shè)置如圖100-42所示。分頻系數(shù)設(shè)置為1，點(diǎn)亮“Start”按鈕，然后點(diǎn)擊“Send”發(fā)送按鈕，即可將這些參數(shù)下發(fā)給FPGA，等待FPGA將10M扇區(qū)全部寫入完成后，可以看到耗費(fèi)的時(shí)間是32.424s，如圖100-43所示。等效的寫入平均速度就是：10M×512Byte/32.424s=157.9MB/s，對(duì)于商業(yè)盤來說，這個(gè)速度還是非常不錯(cuò)的。

? ? ? ? 10最后，測試一下上位機(jī)控制FPGA讀取SATA數(shù)據(jù)流回放功能，準(zhǔn)備將SATA固態(tài)硬盤里面的連續(xù)5.12GByte正弦信號(hào)一次性讀取到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)回放，參數(shù)設(shè)置如圖100-44所示。分頻系數(shù)設(shè)置為1，將“Write”按鈕切換到Read模式，點(diǎn)亮 “Start”按鈕，然后點(diǎn)擊“Send”發(fā)送按鈕，即可將這些參數(shù)下發(fā)給FPGA，此時(shí)，上位機(jī)前面板波形圖控件里面立刻出現(xiàn)了連續(xù)的正弦信號(hào)；等待FPGA將10M扇區(qū)全部讀取完成后，可以看到耗費(fèi)的時(shí)間是23.51s，如圖100-45所示。等效的讀取平均速度就是：10M×512Byte/23.51s=217.779MB/s，可以看出，商業(yè)盤的讀寫速度穩(wěn)定性沒有工業(yè)級(jí)的好。

????? ?7、結(jié)論

?????? ?本節(jié)實(shí)驗(yàn)我們測試的是單個(gè)SATA固態(tài)硬盤的讀寫和回放功能，實(shí)際上，如果用戶需要更高帶寬和更大容量的磁盤陣列來實(shí)現(xiàn)流盤系統(tǒng)，可以多買幾個(gè)SATA硬盤，接到FPGA板子上，然后直接在FPGA VI里面將讀寫線程復(fù)制幾份，加上并轉(zhuǎn)串和串轉(zhuǎn)并線程就可以實(shí)現(xiàn)磁盤陣列的Raid0模式了，比如下面圖100-46就是我們實(shí)際項(xiàng)目里面開發(fā)的一款高集成度的FPGA SATA板卡，支持最大3.2GB/s的流盤速度。更多具體信息，歡迎大家聯(lián)系我們神電測控。微信：myview30；郵箱：DLW30@126.com