基于PCI总线的声纳信号传输卡设计

　　1 引言

　　PCI总线,即外围部件互连总线,是一种高性能32/64位地址数据复用高速外围设备接口局部总线,随着微处理机的性能不断提高和多媒体网络技术的不断发展,人们对微机系统的I/O带宽不断提出更高的要求,原来的总线标准如ISA、EISA等已不能胜任现代数据传输的要求,而PCI总线具有较高的数据传输率,与处理器无关、能支持多个外设的独特性能,越来越受到计算机厂家和工程开发人员的青睐,因此,基于PCI总线的数据传输技术是数据实时处理的发展方向。本文结合实际的数据传输系统介绍PCI总线技术的一般设计方法。

　　2 系统工作原理

　　本系统应用于通用声纳测试仪系统中,主要解决主机与声纳装备之间的数据传输问题,其工作流程是:主机运行应用程序,产生数据源,在外部控制信号的控制下,通过PCI总线与声纳装备进行数据通信,主要解决的问题是:PCI接口硬件设计和PCI设备驱动程序开发。

　　3 PCI接口硬件设计

　　目前实现PCI接口的有效方案有使用可编程逻辑器件和使用专用芯片两种。由于PCI总线协议较复杂,采用可编程逻辑器件设计PCI控制接口难度大,对于产品不大又有时限的工程项目来说,成本较高,设计PCI总线接口芯片必要导致将大量的人力、物力投入到纷繁的逻辑验证和时序分析工作上,开发周期较长;采用专用接口器件虽然没有采用可编程逻辑器件那么灵活,但其优越性相当明显:能够有效地降低接口设计的难度,缩短开发时间。目前,市场上有一些专用PCI接口芯片,如AMCC公司的S5920和S5933系列; PLX公司的PCI9050、PCI9054系列等。

　　本数据传输系统采用PLX公司的PCI9054作为PCI接口芯片,以FPGA来完成逻辑控制以及与声纳装备的连接,整个系统的框图如图1所示,其中, FPGA选用的是ALTREA公司的EPF1030AQC240-3。

　　3.1 PCI9054简介

　　PCI9054是美国PLX公司生产的PCI总线通用接口芯片。使用该芯片桥接PCI总线和本地总线(local bus),开发者可以省去考虑太多复杂的PCI总线规范,而集中精力开发硬件和驱动程序。PCI9054具有较强的性能。它符合PCIV2.1和V2.2规范;提供了两个独立的可编程DMA控制器,每个通道均支持块和分散/集中的DMA方式;在PCI总线端支持32位/33MHz;本地端( localbus)可以编程8、16、32位的数据宽度,传输速率最高可达132M字节/秒。本地总线端时钟最高可达50MHz,支持复用/非复用的32位地址/数据。PCI9054内部有6种可编程的FIFO存储器,以实现零等待突发传输以及本地总线和PCI总线之间的异步操作。总之,该芯片为用户提供了较宽松灵活的设计空间。

　　3.2 数据传输及控制原理

　　本系统采用PCI9054的C模式传送,先由计算机主机通过PCI总线向系统发出命令字, PCI9054将数据或命令字存入声纳设备中,数据传送时,局部总线控制逻辑FPGA应驱动地址总线、数据总线、读写信号线及地址选通信号,控制PCI局部总线的数据传输。PCI9054会直接将数据存入其内部FIFO,随后PCI9054会向PCI系统申请PCI总线控制权,在得到总线控制权后,根据映射地址自行完成本次数据传输操作。局部总线控制器只需将数据写入PCI9054内部FIFO,其后的操作不需要FPGA的参与。FPGA的局部总线逻辑的状态机框图如图2所示。