PCI總線接口技術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節。對于不同的任務,數據采集要達到的技術指標也不相同。對于瞬態信號,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總線的,

　　這種結構的最大缺點是傳輸速率太低,不能實現數據的實現高速傳輸。PCI總線推出后,以其突出的性能備受計算機和通信業界的青睞,將取代以往的總線, 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,一邊與處理器和存儲器總線接口;另一邊為外設擴展提供了高速通道。33MHz、32位的PCI總線可以實現132MB/s的數據傳輸速率;64位的PCI總線性能加倍。開發以PCI總線為基礎的數據采集設備是技術發展的必然要求。在實際工作中,利用PCI總線將采集數據直接傳到系統內存,可有效解決數據的實時傳輸和存儲,為信號的實時處理提供方便。

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個樣本,A/D采樣字長是10位。每路數字信號字長取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總線控制器為基礎,通過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總線控制器的實現

　　PCI總線是一個地址/數據、命令/字節選擇信號復用的總線。它采用主從信號雙向握手的方式來控制數據的傳輸,其接口電路設計與傳統總線接口電路設計沒有大的區別。一般來說,一個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總線可以采用正向方式和負向方式進行譯碼。因此用戶應視應用情況選擇適當的譯碼方式。一般選擇正向譯碼;為保證不會出現地址沖突,最好采用全地址譯碼;命令信號線C/BE[0～3]必須能加譯碼。（2）地址產生電路。PCI的突發傳輸方式包括一個地址周期和若干個數據周期,因此在PCI接口電路中必須包含高速的地址產生部件,用于向后級應用電路提供連接的地址。（3）控制信號的產生。PCI總線上的數據傳輸基本上由FRAME、IRDY、TRDY和DEBVSEL 4根信號線控制,因此必須根據主從設備的忙閑情況相應產生這些控制信號。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：在設計這個功能時必須考慮到PCI規范中信號的負載能力。實現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點在于其靈活的可編程性。專用芯片可以實現完整的PCI主控模塊和目標模塊接口功能,將復雜的PCI總線接口轉換為相對簡單的接口。用戶可以集中精力于應用設計,而不是調試PCI總線的接口,明顯縮短了開發時間。本設計應用PLX公司的PCI9054實現總線控制器。

3 PCI 9054簡介

　　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總線規范2.2版,突發傳輸速率達到132MB/s。局部總線支持復用/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,以實現零等待突發傳輸及局部總線和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。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訪問PCI總線上的內存和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配置訪問、PCI雙地址周期訪問、PCI主設備存儲器寫并無效等操作。