基于PCI總線的高速CCD圖像存儲系統設計

4部分軟硬件程序設計

　　PCI9054LocalBus硬件驅動

　　PCI9054局部總線是外設（FPGA）和9054之間通信的橋梁。9054圖像數據的采集需要使9054局部總線信號滿足一定的時序要求，保證數據傳輸的同步，即需要FPGA端硬件驅動。驅動是用VerilogHDL代碼編寫的一個狀態機，代碼如下[2][4]：

　　always@（posedgeCLK）

　　begin

　　casex（CurrentState）

　　1‘b0:begin

　　if（!LLADS_）

　　beginLLREADY=1;CurrentState=1;end

　　elsebeginLLREADY=0;end

　　end

　　1‘b1:begin

　　if（LLBLAST_）//突發循環重復

　　beginLLREADY=1;CurrentState=1;end

　　else//最后一個循環

　　beginLLREADY=0;CurrentState=0;end

　　end

　　default:

　　CurrentState=0;

　　Endcaseend

　　assignLLREADY_=（LLREADY）?1‘b0:1‘b1;

　　4.2PCI9054驅動層和應用層設計

　　系統所用PCI采集卡非windows標準硬件，驅動程序需要自行開發，這里使用WDM編程。為了提高速度采用雙線程操作。由于寫磁盤比較慢，如果等寫完磁盤再讀localbus顯然效率太低，所以啟動雙線程雙buffer讀寫數據[5]。

　　部分程序代碼：

　　BOOLGetData（）

　?。?/P>

　　//創建等待驅動中斷線程以及寫文件線程

　　hEvent_Disk=GreateEvent（NULL,TRUE,TRUE,NULL）;hEvent_Mem=CreateEvent（NULL,TRUE,FALSE,NULL）;

　　_beginthread（WaitForDataThread,0,NULL）;_beginthread（WriteDiskThread,0,NULL）;

　　//啟動DMA傳輸

　　SetDma（）;BlockDmaLocalToPci（dmabuffer,BLOCK_ONE_DMA）;

　?。?/P>

　　voidWaitForDataThread（void＊pParam）

　　｛｝

　　voidWriteDiskThread（void＊pParam）

　　｛｝

　　4.3數據傳輸指令生成

　　PC應用程序產生數據傳輸指令，觸發數據傳輸。指令的產生是通過9054在PC端的底層驅動，設置9054LOCAL端USERO管腳電平，使FPGA進入工作狀態，并產生相機行觸發信號（EXSYNC），觸發相機拍照傳輸數據。USERO信號為高電平時，FPGA和9054都處于等待狀態;USERO下降沿觸發數據傳輸，使FPGA和9054進入工作狀態;數據傳輸完畢，USERO拉高。時序如圖3。

圖3數據傳輸協議

5系統測試及工程考慮

　　本系統測試微機環境為：CPU，Pentium（R）4.2.40GHz;內存，333MHz,512MB/s;北橋芯片，845PE;操作系統，WindowsServer2003;SCSI硬盤空間，120G。

　　系統測試結果：圖像單線穩定存儲速率為37.2MB/s，流水線穩定存儲速率為71.2MB/s;持續記錄時間為25分鐘。

　　工程考慮：系統速度主要限制于兩個瓶頸，一是硬盤本身，二是PCI總線。本系統雖然采用了高速硬盤，但還有一個操作效率的問題。數據從FPGA到PCI9054的傳輸介質采用一般硬盤線，此類硬盤線的上限頻率為33M，限制數據采集速度;同時由于系統需要通過PCI總線轉移數據，而計算機的PCI總線多為32位、33MHz的總線，這個總線的理論數據為132MB/s，當總線上僅僅有一個設備時，實測實際總線持續傳輸速率在100MB/s以下，當總線上再掛載磁盤適配器時，總線的數據傳輸速率會更低。系統穩定性主要取決于FPGA內部邏輯的容錯性和微機的穩定性。在高速存儲的環境下，微機系統容易死機，因此微機選擇具有高穩定性的WindowsServer2003操作系統作為圖像采集的存儲環境。

　　本文作者創新點是利用FPGA和PCI9054完成了對高速、高分辨率圖像的采集存儲。

參考文獻：

　　1.High-SpeedTDILineScanCamera-CameraUser’sManual.America:Dalsa,2002

　　2.PCI9054DataBook.America:PLXTechnology,2000

　　3.王洪迅等，高速偵察圖像數據的獲取與緩沖.微電子學與計算機[J].2004,10-1

　　4.杜建國，VerilogHDL硬件描述語言[M].北京：國防工業出版社，2004

　　5.裴喜龍，基于PCI總線的高速數據采集卡系統設計與實現.微計算機信息[J]，2006，7-1：129-131

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