PCI總線接口技術(shù)及其在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　數(shù)據(jù)采集是數(shù)字信號(hào)處理中非常重要的環(huán)節(jié)。對(duì)于不同的任務(wù),數(shù)據(jù)采集要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)也不相同。對(duì)于瞬態(tài)信號(hào),雷達(dá)信號(hào)和圖像處理都需要幾MB/s甚至幾十MB/s的超高速采集速率。目前用于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡大部分是基于ISA總線的,

　　這種結(jié)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是傳輸速率太低,不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)高速傳輸。PCI總線推出后,以其突出的性能備受計(jì)算機(jī)和通信業(yè)界的青睞,將取代以往的總線, 成為高檔機(jī)及高性能工作站外部件的基石。PCI作為局部總線,一邊與處理器和存儲(chǔ)器總線接口;另一邊為外設(shè)擴(kuò)展提供了高速通道。33MHz、32位的PCI總線可以實(shí)現(xiàn)132MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率;64位的PCI總線性能加倍。開(kāi)發(fā)以PCI總線為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備是技術(shù)發(fā)展的必然要求。在實(shí)際工作中,利用PCI總線將采集數(shù)據(jù)直接傳到系統(tǒng)內(nèi)存,可有效解決數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ),為信號(hào)的實(shí)時(shí)處理提供方便。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

　　本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于雷達(dá)視頻回波信號(hào)的處理。信號(hào)由兩路正交視頻回波信號(hào)組成,故采用雙通道。采集指標(biāo)：2路采集信號(hào),采樣率為40M個(gè)樣本,A/D采樣字長(zhǎng)是10位。每路數(shù)字信號(hào)字長(zhǎng)取16位,兩路合成路共32位,將32位數(shù)據(jù)分別傳入系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域,以便后續(xù)處理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)以PCI總線控制器為基礎(chǔ),通過(guò)DMA方式分別將32位數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。主要功能模塊有：PCI總線控制器、雙口SRAM、采集控制芯片EPLD、A/D部分。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 PCI總線控制器的實(shí)現(xiàn)

　　PCI總線是一個(gè)地址/數(shù)據(jù)、命令/字節(jié)選擇信號(hào)復(fù)用的總線。它采用主從信號(hào)雙向握手的方式來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸,其接口電路設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)總線接口電路設(shè)計(jì)沒(méi)有大的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō),一個(gè)PCI接口電路應(yīng)當(dāng)完成以下幾種功能：（1）地址譯碼及命令譯碼,由于PCI總線可以采用正向方式和負(fù)向方式進(jìn)行譯碼。因此用戶應(yīng)視應(yīng)用情況選擇適當(dāng)?shù)淖g碼方式。一般選擇正向譯碼;為保證不會(huì)出現(xiàn)地址沖突,最好采用全地址譯碼;命令信號(hào)線C/BE[0～3]必須能加譯碼。（2）地址產(chǎn)生電路。PCI的突發(fā)傳輸方式包括一個(gè)地址周期和若干個(gè)數(shù)據(jù)周期,因此在PCI接口電路中必須包含高速的地址產(chǎn)生部件,用于向后級(jí)應(yīng)用電路提供連接的地址。（3）控制信號(hào)的產(chǎn)生。PCI總線上的數(shù)據(jù)傳輸基本上由FRAME、IRDY、TRDY和DEBVSEL 4根信號(hào)線控制,因此必須根據(jù)主從設(shè)備的忙閑情況相應(yīng)產(chǎn)生這些控制信號(hào)。另外,PCI接口電路還應(yīng)完成地址鎖存及數(shù)據(jù)分離、命令鎖存及字節(jié)選擇信號(hào)分離的功能。值得注意的是：在設(shè)計(jì)這個(gè)功能時(shí)必須考慮到PCI規(guī)范中信號(hào)的負(fù)載能力。實(shí)現(xiàn)PCI總線控制器大體有兩種方式：使用可編程器件和專用接口芯片。采用EPLD和FPGA等編程邏輯器件的優(yōu)點(diǎn)在于其靈活的可編程性。專用芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊接口功能,將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡(jiǎn)單的接口。用戶可以集中精力于應(yīng)用設(shè)計(jì),而不是調(diào)試PCI總線的接口,明顯縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。本設(shè)計(jì)應(yīng)用PLX公司的PCI9054實(shí)現(xiàn)總線控制器。

3 PCI 9054簡(jiǎn)介

　　PCI 9054是32位/33MHz的通用PCI總線控制器專用芯片。該芯片符合PCI總線規(guī)范2.2版,突發(fā)傳輸速率達(dá)到132MB/s。局部總線支持復(fù)用/非復(fù)用的32位地址/數(shù)據(jù),可為M模式、C模式、J模式中的一種。PCI 9054內(nèi)部有6種可編程的FIFO,以實(shí)現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及局部總線和PCI總線之間的異步操作。9054支持主模式、從模式、DMA傳輸方式,可用于適配卡和嵌入式系統(tǒng)。PCI 9054的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

*主模式操作

　　主模式操作就是允許本地的CPU訪問(wèn)PCI總線上的內(nèi)存和I/O接口。模式選擇必須在PCI命令寄存器中使能給出,如PCI主設(shè)備存儲(chǔ)器和I/O范圍寄存器、PCI基址寄存器、主設(shè)備配置和命令寄存器等。主模式操作包括PCI主設(shè)備存儲(chǔ)器和I/O譯碼、PCI主設(shè)備存儲(chǔ)器和I/O配置訪問(wèn)、PCI雙地址周期訪問(wèn)、PCI主設(shè)備存儲(chǔ)器寫(xiě)并無(wú)效等操作。