PCI總線(xiàn)接口技術(shù)及其在高速數據采集系統中的應用

　　數據采集是數字信號處理中非常重要的環(huán)節。對于不同的任務(wù),數據采集要達到的技術(shù)指標也不相同。對于瞬態(tài)信號,雷達信號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機的數據采集卡大部分是基于ISA總線(xiàn)的,

　　這種結構的最大缺點(diǎn)是傳輸速率太低,不能實(shí)現數據的實(shí)現高速傳輸。PCI總線(xiàn)推出后,以其突出的性能備受計算機和通信業(yè)界的青睞,將取代以往的總線(xiàn), 成為高檔機及高性能工作站外部件的基石。PCI作為局部總線(xiàn),一邊與處理器和存儲器總線(xiàn)接口;另一邊為外設擴展提供了高速通道。33MHz、32位的PCI總線(xiàn)可以實(shí)現132MB/s的數據傳輸速率;64位的PCI總線(xiàn)性能加倍。開(kāi)發(fā)以PCI總線(xiàn)為基礎的數據采集設備是技術(shù)發(fā)展的必然要求。在實(shí)際工作中,利用PCI總線(xiàn)將采集數據直接傳到系統內存,可有效解決數據的實(shí)時(shí)傳輸和存儲,為信號的實(shí)時(shí)處理提供方便。

1 數據采集系統的結構與功能

　　本數據采集系統應用于雷達視頻回波信號的處理。信號由兩路正交視頻回波信號組成,故采用雙通道。采集指標：2路采集信號,采樣率為40M個(gè)樣本,A/D采樣字長(cháng)是10位。每路數字信號字長(cháng)取16位,兩路合成路共32位,將32位數據分別傳入系統內存的不同區域,以便后續處理。系統設計以PCI總線(xiàn)控制器為基礎,通過(guò)DMA方式分別將32位數據傳輸系統內存的不同區域。主要功能模塊有：PCI總線(xiàn)控制器、雙口SRAM、采集控制芯片EPLD、A/D部分。系統框圖如圖1所示。

2 PCI總線(xiàn)控制器的實(shí)現

　　PCI總線(xiàn)是一個(gè)地址/數據、命令/字節選擇信號復用的總線(xiàn)。它采用主從信號雙向握手的方式來(lái)控制數據的傳輸,其接口電路設計與傳統總線(xiàn)接口電路設計沒(méi)有大的區別。一般來(lái)說(shuō),一個(gè)PCI接口電路應當完成以下幾種功能：（1）地址譯碼及命令譯碼,由于PCI總線(xiàn)可以采用正向方式和負向方式進(jìn)行譯碼。因此用戶(hù)應視應用情況選擇適當的譯碼方式。一般選擇正向譯碼;為保證不會(huì )出現地址沖突,最好采用全地址譯碼;命令信號線(xiàn)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)數據周期,因此在PCI接口電路中必須包含高速的地址產(chǎn)生部件,用于向后級應用電路提供連接的地址。（3）控制信號的產(chǎn)生。PCI總線(xiàn)上的數據傳輸基本上由FRAME、IRDY、TRDY和DEBVSEL 4根信號線(xiàn)控制,因此必須根據主從設備的忙閑情況相應產(chǎn)生這些控制信號。另外,PCI接口電路還應完成地址鎖存及數據分離、命令鎖存及字節選擇信號分離的功能。值得注意的是：在設計這個(gè)功能時(shí)必須考慮到PCI規范中信號的負載能力。實(shí)現PCI總線(xiàn)控制器大體有兩種方式：使用可編程器件和專(zhuān)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(zhuān)用芯片可以實(shí)現完整的PCI主控模塊和目標模塊接口功能,將復雜的PCI總線(xiàn)接口轉換為相對簡(jiǎn)單的接口。用戶(hù)可以集中精力于應用設計,而不是調試PCI總線(xiàn)的接口,明顯縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。本設計應用PLX公司的PCI9054實(shí)現總線(xiàn)控制器。

3 PCI 9054簡(jiǎn)介

　　PCI 9054是32位/33MHz的通用PCI總線(xiàn)控制器專(zhuān)用芯片。該芯片符合PCI總線(xiàn)規范2.2版,突發(fā)傳輸速率達到132MB/s。局部總線(xiàn)支持復用/非復用的32位地址/數據,可為M模式、C模式、J模式中的一種。PCI 9054內部有6種可編程的FIFO,以實(shí)現零等待突發(fā)傳輸及局部總線(xiàn)和PCI總線(xiàn)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。PCI 9054的結構框圖如圖2所示。

*主模式操作

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