基于PC104(Plus)總線的數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PLX9054的PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)是DMA傳輸?shù)年P(guān)鍵，驅(qū)動(dòng)程序利用PLX9054芯片的DMA功能可將FPGA控制模塊中的數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)絃inux操作系統(tǒng)的內(nèi)核內(nèi)存中。要實(shí)現(xiàn)對(duì)PLX9054的DMA操作并設(shè)置DMA控制寄存器，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要做兩件事：一是檢測(cè)PCI設(shè)備并初始化：二是建立DMA操作環(huán)境。在Linux2．6內(nèi)核中，PCI設(shè)備檢測(cè)和初始化可通過專門的注冊(cè)函數(shù)pci_regis-ter-driver來實(shí)現(xiàn)。內(nèi)核根據(jù)pci_device_id結(jié)構(gòu)中的預(yù)設(shè)ID來對(duì)pci_devices鏈表進(jìn)行搜索，一旦找到目標(biāo)PCI設(shè)備，pci_register_driver函數(shù)將調(diào)用設(shè)備探測(cè)函數(shù)(probe)并向該函數(shù)傳遞該設(shè)備的pci_dev變量，然后由設(shè)備探測(cè)函數(shù)完成對(duì)設(shè)備的初始化。建立DMA操作環(huán)境的工作包括DMA緩沖區(qū)的分配和中斷處理。本系統(tǒng)使用流式DMA映射(dma_map_single())來申請(qǐng)適當(dāng)大小的DMA緩沖區(qū)。當(dāng)一個(gè)緩沖區(qū)被流式映射后，只有將其unmap除掉以后，驅(qū)動(dòng)程序才能安全地訪問里面的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并通過request_irq函數(shù)實(shí)現(xiàn)中斷處理程序的注冊(cè)。這里有兩個(gè)問題需要注意：一是PCI設(shè)備注冊(cè)中斷時(shí)，必須使用共享中斷方式，并應(yīng)在中斷處理程序中增加對(duì)中斷源的檢查；二是PLX9054的中斷信號(hào)一旦產(chǎn)生就一直有效，它必須通過代碼清除中斷。
本系統(tǒng)采用Qt／Embedded(4．5)進(jìn)行GUI設(shè)計(jì)，以便為系統(tǒng)用戶提供一個(gè)高性能、高可靠的GUl支持。Qt／Embedded是著名的Qt庫(kù)開發(fā)商Trolltech公司開發(fā)的、面向嵌入式系統(tǒng)的Qt版本，許多基于Qt的X Window程序都可以非常方便地移植到Qt／Embedded上，而且與X11版本的Qt在最大程度上接口兼容，因而延續(xù)了在XWindow上的強(qiáng)大功能，并在底層徹底摒棄了X lib，而僅采用Framebuffer作為底層圖形接口。同時(shí)，使用Qt的多線程設(shè)計(jì)則使人機(jī)交互、視頻顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能夠同時(shí)進(jìn)行。
本系統(tǒng)采用Framebuffer幀緩沖技術(shù)來實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的快速顯示。Framebuffer機(jī)制模仿的是顯卡的功能，它將顯卡硬件結(jié)構(gòu)抽象掉，可通過Framebuffer的讀寫直接對(duì)顯存進(jìn)行操作。內(nèi)核編譯時(shí)可選上對(duì)Framebuffer的支持。進(jìn)入Framebuffer可以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)向內(nèi)核傳送vga= modenumber的參數(shù)來激活Framebuffer設(shè)備(如：vga=791)。Framebuffer的設(shè)備文件一般是／dev／fb0、／dev／fb1等。
在應(yīng)用程序中，一般可將Framebuffer設(shè)備映射到進(jìn)程地址空間的方式使用，比如利用下面的程序就可以打開／dev／fb0設(shè)備，并通過mmap系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行地址映射，隨后用memset將屏幕清空(這里假設(shè)顯示模式是1024x768-32位色模式和線性內(nèi)存模式)：

在子函數(shù)initFb中，對(duì)映射過的內(nèi)存地址(即顯存)再進(jìn)行分行映射，即把原來的一維線性地址轉(zhuǎn)換為二維線性空間，這樣，映射后的fbp[x][y]就可以在屏幕上表示水平位置為y、垂直位置為x的像素。


利用該映射能夠?qū)︼@示區(qū)域中的某一行進(jìn)行操作，也可以對(duì)顯示數(shù)據(jù)包的每一幀進(jìn)行行分析，進(jìn)而對(duì)每一行進(jìn)行控制和顯示。這樣既可保證顯示的靈活性，又具有良好的顯示速度。

3 結(jié)束語(yǔ)
本文給出了一種基于FPGA控制邏輯的高速數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)顯示系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，同時(shí)詳細(xì)介紹了Linux系統(tǒng)下基于Qt／Embedded和Fr-amebuffer的工控機(jī)存儲(chǔ)顯示程序的實(shí)現(xiàn)方法。