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:
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高带宽传输:利用 PCIe Gen3/Gen4 总线,实现几 GB/s 的数据吞吐。
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低延迟:支持分散-聚集(SGDMA)模式,高效管理连续或非连续内存。
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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。
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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:
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FPGA 端硬件 IP
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包含 XDMA IP 核
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提供控制寄存器、SGDMA 通道、用户逻辑接口
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Windows 驱动
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提供标准的 PCIe DeviceInterface
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支持
control、user、h2c(Host-to-FPGA)、c2h(FPGA-to-Host)访问
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用户态应用
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通过 SetupAPI 获取设备列表
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打开设备 Handle (
CreateFile) -
调用
ReadFile/WriteFile或内存映射实现 DMA 读写
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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:
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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
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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
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设备路径乱码
- 使用
Marshal.PtrToStringAuto或Unicode编码进行路径转换
- 使用
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异步与性能
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对大数据块(如 DDR 采集 10KB+)建议使用异步读取
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避免阻塞 UI 线程,使用
Task.Run或后台线程
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节点选择
- 根据 FPGA 逻辑决定使用
control、user或 DMA 通道
- 根据 FPGA 逻辑决定使用
七、实践经验
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构建用户态测试工具时,可结合 WPF 实现:
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下拉选择设备
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下拉选择节点
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输入偏移与长度
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支持十六进制 / 十进制切换显示
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实时显示原始数据日志
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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:
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明确节点与偏移
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处理 Windows 下的设备路径和句柄
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界面显示与日志反馈要考虑十进制 / 十六进制切换
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数据量大时注意异步与 UI 流畅性