PCI总线接口技术及其在高速数据收集系统中的应用.docx

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1、PCI总线接口技术及其在高速数据收集系统中的应用PCI总线接口技术及其在高速数据收集系统中的应用dujing导语：一种基于PCI总线的高速数据收集传输系统的实现,讨论了PCI总线控制器9054的性能及三种传输形式,提供了该系统的硬件实现和采用DMA传输方式实现数据传输的设计摘要：一种基于PCI总线的高速数据收集传输系统的实现,讨论了PCI总线控制器9054的性能及三种传输形式,提供了该系统的硬件实现和采用DMA传输方式实现数据传输的设计。关键词：PCI总线PCI9054总线控制器DMA数据收集是数字信号处理中非常重要的环节。对于不同的任务,数据收集要到达的技术指标也不一样。对于瞬态信号,雷达信

2、号和图像处理都需要几MB/s甚至几十MB/s的超高速收集速率。目前用于PC机的数据收集卡大局部是基于ISA总线的,这种构造的最大缺点是传输速率太低,不能实现数据的实现高速传输。PCI总线推出后,以其突出的性能备受计算机和通讯业界的青睐,将取代以往的总线,成为高档机及高性能工作站外部件的基石。PCI作为部分总线,一边与处理器和存储器总线接口;另一边为外设扩展提供了高速通道。33MHz、32位的PCI总线可以实现132MB/s的数据传输速率;64位的PCI总线性能加倍。开发以PCI总线为根底的数据收集设备是技术开展的必然要求。在实际工作中,利用PCI总线将收集数据直接传到系统内存,可有效解决数据的

3、实时传输和存储,为信号的实时处理提供方便。1数据收集系统的构造与功能本数据收集系统应用于雷达视频回波信号的处理。信号由两路正交视频回波信号组成,故采用双通道。收集指标：2路收集信号,采样率为40M个样本,A/D采样字长是10位。每路数字信号字长取16位,两路合成路共32位,将32位数据分外传入系统内存的不同区域,以便后续处理。系统设计以PCI总线控制器为根底,通过DMA方式分别将32位数据传输系统内存的不同区域。主要功能模块有：PCI总线控制器、双口SRAM、收集控制芯片EPLD、A/D局部。系统框图如图1所示。2PCI总线控制器的实现PCI总线是一个地址/数据、命令/字节选择信号复用的总线。

4、它采用主从信号双向握手的方式来控制数据的传输,其接口电路设计与传统总线接口电路设计没有大的区别。一般来讲,一个PCI接口电路应当完成以下几种功能：1地址译码及命令译码,由于PCI总线可以采用正向方式和负向方式进展译码。因此用户应视应用情况选择适当的译码方式。一般选择正向译码;为保证不会出现地址冲突,最好采用全地址译码;命令信号线C/BE03必须能加译码。2地址产生电路。PCI的突发传输方式包括一个地址周期和假设干个数据周期,因此在PCI接口电路中必须包含高速的地址产生部件,用于向后级应用电路提供连接的地址。3控制信号的产生。PCI总线上的数据传输根本上由FRAME、IRDY、TRDY和DEBV

5、SEL4根信号线控制,因此必须根据主从设备的忙闲情况相应产生这些控制信号。另外,PCI接口电路还应完成地址锁存及数据别离、命令锁存及字节选择信号别离的功能。值得留意的是：在设计这个功能时必须考虑到PCI标准中信号的负载才能。实现PCI总线控制器大体有两种方式：使用可编程器件和专用接口芯片。采用EPLD和FPGA等编程逻辑器件的优点在于其灵敏的可编程性。专用芯片可以实现完好的PCI主控模块和目的模块接口功能,将复杂的PCI总线接口转换为相对简单的接口。用户可以集中精力于应用设计,而不是调试PCI总线的接口,明显缩短了开发时间。本设计应用PLX公司的PCI9054实现总线控制器。3PCI9054简

6、介PCI9054是32位/33MHz的通用PCI总线控制器专用芯片。该芯片符合PCI总线标准2.2版,突发传输速率到达132MB/s。部分总线支持复用/非复用的32位地址/数据,可为M形式、C形式、J形式中的一种。PCI9054内部有6种可编程的FIFO,以实现零等待突发传输及部分总线和PCI总线之间的异步操纵。9054支持主形式、从形式、DMA传输方式,可用于适配卡和嵌入式系统。PCI9054的构造框图如图2所示。主形式操纵主形式操纵就是允许本地的CPU访问PCI总线上的内存和I/O接口。形式选择必须在PCI命令存放器中使能给出,如PCI主设备存储器和I/O范围存放器、PCI基址存放器、主设

7、备配置和命令存放器等。主形式操纵包括PCI主设备存储器和I/O译码、PCI主设备存储器和I/O配置访问、PCI双地址周期访问、PCI主设备存储器写并无效等操纵。从形式操纵从形式就是允许PCI总线上的主控设备访问部分总线上的PCI9054的配置存放器或者内存,支持突发和单周期动形式传输。PCI9054通过16字长的PCI从设备读FIFO和32字长的PCI从设备写FIFO来支持从PCI总线到部分总线上的突发或者单周期的存储器映射访问和I/O映射访问。PCI基址存放器用来设定PCI存储器和I/O空间的地址。从形式操纵包括延时读操纵、提早读操纵等。DMA操纵PCI9054有一个强大的双通道分散/采集D

8、MA控制器,支持PCI主机和适配器内存的高铲公安厅发传输。两个独立的DMA通道能从部分总线到PCI总线和从PCI总线到部分总线传输数据。每个通道包括一个DMA控制器和一个专用双向FIFO。两个通道都支持块传输、分散/采集传输、应用或不用EOT传输等。形式选择必须在PCI9054成为一个PCI总线主设备之间主设备使能位PCICR2使能。另外,两个DMA通道都能编程实现8、16或者32bit部分总线带宽;使能/使无效内部等待周期;使能/使无效部分总线突发传输;执行PCI存储器写并无效操纵;设置PCI中断INTA或是本地中断LINT等。图3和图4分别描绘了从PCI到部分总一和从局总总线到PCI总线的

9、DMA数据传输操纵逻辑。4采样控制和驱动程序设计基于开发周期和本钱考虑,本设计采用DMA传输形式。启动采样后,采和1KB8的双口SRAMIDT7130作为数据收集前端与PCI总线的数据缓冲,PCI9054作为主控设备,利用其DMA通道进展数据传输。当双口SRAM采满1KB数据之后,通过EPLDEPM7128产生部分总线中断,PCI9054获得部分总线的控制权后,根据DMA的起始位将1KB的数据读到DMA传输的专用FIFO中,PCI9054申请占用PCI总线,获得PCI总线的控制权后,将数据写入PCI总线存储空间,进而实现一次采样和传输。可编程逻辑器件EPLD用以实现PCI9054与双口SRAM

10、的I/O逻辑、传输控制逻辑、中断逻辑以及主机对数据收集通道的前端控制。PCI数据收集卡另一关键问题是驱动程序的开发。设备驱动程序提供链接到PCI板卡的软件接口,文件扩展名为.SYS的动态链接库。在Windows98和Windows2000中,设备驱动程序必须根据Windows驱动程序模型WDM设计。设备驱动程序的关键是怎样完成硬件操纵,根本功能是完成设备的初始化、对端口的读写操纵、中断的设备和响应及中断的调用,以及对内存的直接读写。本设计应用KRF-Tech公司的Windriver来编写设备驱动程序,Windriver针对PLX和AMCC的专用接口芯片编写了API函数包,降低了开发难度。PCI9054以其强大的功能和简单的用户接口,为PCI总线接口的开发提供了一种简法的方法。设计者只需设计部分总线接口控制电路,即可实现与PCI总线的高速数据传。在高速数据收集系统中,利用PCI总线的高速特性实时传输和存储收集数据,有效地解决了数据传输和处理的实时性。随着PCI总线的普及应用,基于PCI总线的收集系统设计有特别广阔的前景。