XDMA 技术及在 Windows 平台的应用实践

一、什么是 XDMA
XDMA（Xilinx Direct Memory Access）是 Xilinx FPGA 提供的一种高性能数据传输机制，它基于 PCI Express 总线，实现 FPGA 与主机内存之间的高速数据交换。与传统 DMA 相比，XDMA 支持以下优势：

高带宽传输：利用 PCIe Gen3/Gen4 总线，实现几 GB/s 的数据吞吐。

低延迟：支持分散-聚集（SGDMA）模式，高效管理连续或非连续内存。

灵活接口：支持用户逻辑访问（User）、控制寄存器访问（Control）等多种节点。

跨平台支持：提供 Linux、Windows 驱动与用户态 API。

XDMA 常用于高速采集、图像处理、AI 推理加速等需要频繁、大量数据交换的场景。

二、XDMA 在 Windows 平台的架构
在 Windows 下，XDMA 通常由三个主要部分组成：

FPGA 端硬件 IP

包含 XDMA IP 核

提供控制寄存器、SGDMA 通道、用户逻辑接口

Windows 驱动

提供标准的 PCIe DeviceInterface

支持 control、user、h2c（Host-to-FPGA）、c2h（FPGA-to-Host）访问

用户态应用

通过 SetupAPI 获取设备列表

打开设备 Handle (CreateFile)

调用 ReadFile / WriteFile 或内存映射实现 DMA 读写

三、XDMA 节点与寄存器解析
XDMA 将设备分为若干逻辑节点，每个节点具有不同的功能：



每个节点支持**偏移（Offset）与长度（Length）**操作，配合 DMA 机制实现高速传输。

四、Windows 下获取 XDMA 设备列表
通过 Windows SetupAPI 可以枚举所有 PCIe XDMA 设备，并获取其接口路径：

核心步骤：

调用 SetupDiGetClassDevs 获取设备信息集

使用 SetupDiEnumDeviceInterfaces 枚举每个设备接口

调用 SetupDiGetDeviceInterfaceDetail 获取设备路径

将路径用于 CreateFile 打开设备

五、用户态数据读写实践
1. 打开设备


2. 读取数据


3. 写入数据


六、常见问题与注意事项
Stream does not support seeking

出现该问题通常是直接使用 MemoryStream 或 FileStream 读写时未正确定位偏移

在 XDMA 用户态实现中，需要使用 SetFilePointer 或 Seek 定位

设备路径乱码

使用 Marshal.PtrToStringAuto 或 Unicode 编码进行路径转换

异步与性能

对大数据块（如 DDR 采集 10KB+）建议使用异步读取

避免阻塞 UI 线程，使用 Task.Run 或后台线程

节点选择

根据 FPGA 逻辑决定使用 control、user 或 DMA 通道

七、实践经验
构建用户态测试工具时，可结合 WPF 实现：

下拉选择设备

下拉选择节点

输入偏移与长度

支持十六进制 / 十进制切换显示

实时显示原始数据日志

对于初学者，建议先从 控制寄存器 (control) 读写开始，再扩展到 DMA 通道（h2c_x / c2h_x）。

八、总结
XDMA 为 FPGA 与主机间提供了高性能、灵活的数据通道。
在 Windows 平台，通过 SetupAPI 获取设备接口，并结合 ReadFile / WriteFile，即可实现用户态高速读写。

关键要点：

明确节点与偏移

处理 Windows 下的设备路径和句柄

界面显示与日志反馈要考虑十进制 / 十六进制切换

数据量大时注意异步与 UI 流畅性