基于PCI總線的高速CCD圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4部分軟硬件程序設(shè)計(jì)

　　PCI9054LocalBus硬件驅(qū)動(dòng)

　　PCI9054局部總線是外設(shè)（FPGA）和9054之間通信的橋梁。9054圖像數(shù)據(jù)的采集需要使9054局部總線信號(hào)滿足一定的時(shí)序要求，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐剑葱枰狥PGA端硬件驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)是用VerilogHDL代碼編寫的一個(gè)狀態(tài)機(jī)，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(fā)循環(huán)重復(fù)

　　beginLLREADY=1;CurrentState=1;end

　　else//最后一個(gè)循環(huán)

　　beginLLREADY=0;CurrentState=0;end

　　end

　　default:

　　CurrentState=0;

　　Endcaseend

　　assignLLREADY_=（LLREADY）?1‘b0:1‘b1;

　　4.2PCI9054驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)所用PCI采集卡非windows標(biāo)準(zhǔn)硬件，驅(qū)動(dòng)程序需要自行開發(fā)，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(dòng)雙線程雙buffer讀寫數(shù)據(jù)[5]。

　　部分程序代碼：

　　BOOLGetData（）

　　｛……

　　//創(chuàng)建等待驅(qū)動(dòng)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(dòng)DMA傳輸

　　SetDma（）;BlockDmaLocalToPci（dmabuffer,BLOCK_ONE_DMA）;

　　｝

　　voidWaitForDataThread（void＊pParam）

　　｛｝

　　voidWriteDiskThread（void＊pParam）

　　｛｝

　　4.3數(shù)據(jù)傳輸指令生成

　　PC應(yīng)用程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸指令，觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。指令的產(chǎn)生是通過9054在PC端的底層驅(qū)動(dòng)，設(shè)置9054LOCAL端USERO管腳電平，使FPGA進(jìn)入工作狀態(tài)，并產(chǎn)生相機(jī)行觸發(fā)信號(hào)（EXSYNC），觸發(fā)相機(jī)拍照傳輸數(shù)據(jù)。USERO信號(hào)為高電平時(shí)，F(xiàn)PGA和9054都處于等待狀態(tài);USERO下降沿觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，使FPGA和9054進(jìn)入工作狀態(tài);數(shù)據(jù)傳輸完畢，USERO拉高。時(shí)序如圖3。

圖3數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

5系統(tǒng)測(cè)試及工程考慮

　　本系統(tǒng)測(cè)試微機(jī)環(huán)境為：CPU，Pentium（R）4.2.40GHz;內(nèi)存，333MHz,512MB/s;北橋芯片，845PE;操作系統(tǒng)，WindowsServer2003;SCSI硬盤空間，120G。

　　系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果：圖像單線穩(wěn)定存儲(chǔ)速率為37.2MB/s，流水線穩(wěn)定存儲(chǔ)速率為71.2MB/s;持續(xù)記錄時(shí)間為25分鐘。

　　工程考慮：系統(tǒng)速度主要限制于兩個(gè)瓶頸，一是硬盤本身，二是PCI總線。本系統(tǒng)雖然采用了高速硬盤，但還有一個(gè)操作效率的問題。數(shù)據(jù)從FPGA到PCI9054的傳輸介質(zhì)采用一般硬盤線，此類硬盤線的上限頻率為33M，限制數(shù)據(jù)采集速度;同時(shí)由于系統(tǒng)需要通過PCI總線轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，而計(jì)算機(jī)的PCI總線多為32位、33MHz的總線，這個(gè)總線的理論數(shù)據(jù)為132MB/s，當(dāng)總線上僅僅有一個(gè)設(shè)備時(shí)，實(shí)測(cè)實(shí)際總線持續(xù)傳輸速率在100MB/s以下，當(dāng)總線上再掛載磁盤適配器時(shí)，總線的數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)更低。系統(tǒng)穩(wěn)定性主要取決于FPGA內(nèi)部邏輯的容錯(cuò)性和微機(jī)的穩(wěn)定性。在高速存儲(chǔ)的環(huán)境下，微機(jī)系統(tǒng)容易死機(jī)，因此微機(jī)選擇具有高穩(wěn)定性的WindowsServer2003操作系統(tǒng)作為圖像采集的存儲(chǔ)環(huán)境。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是利用FPGA和PCI9054完成了對(duì)高速、高分辨率圖像的采集存儲(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

　　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(shù)據(jù)的獲取與緩沖.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)[J].2004,10-1

　　4.杜建國(guó)，VerilogHDL硬件描述語言[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004

　　5.裴喜龍，基于PCI總線的高速數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).微計(jì)算機(jī)信息[J]，2006，7-1：129-131

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