基于PCI总线的数据采集卡的实现

论文摘要

数据采集与处理是计算机应用的一个重要分支,主要研究的是数据的采集、存贮和处理。而微机总线是计算机各模块间进行信息传输的通道,是提高数据采集系统性能的一个至关重要的因素[3]。PCI局部总线的引入,打破了数据传输的瓶颈,其以优异的性能成为微机总线的主流。同时PCI总线因其高性能的特点使得其在工程各个领域中得到了广泛应用,是极具竞争力的一种总线标准。但是由于PCI总线协议十分复杂,直接为它设计相匹配的数字逻辑控制电路难度很大。目前用来实现PCI接口的有效方案主要有两种:采用可编程逻辑器件CPLD或FPGA和采用专用接口芯片。基于与九江713厂的合作项目的一部分,本论文对基于PCI总线的数据采集卡的接口技术进行了探讨和研究,在对两种接口方案进行比较的基础上,采用了第二种方案——PLX公司的专用接口芯片PCI9054,并设计了基于PCI总线的接口电路,制作成功了接口实验板,并编制了相应的驱动程序和测试应用程序。整个系统包括硬件电路和测试软件两个模块,硬件电路根据软件发出的指令执行采集和存储操作,而测试软件平台则驱动硬件电路以实现对数据的管理。经反复调试,该接口电路能够顺利地完成数据传输,可以成功地实现PCI总线与外设的接口,从而验证了用专用接口芯片实现PCI总线接口在技术上的可行性。本文在内容主要分为两大部分:第一部分首先介绍了PCI总线的现状及发展,以及PCI9054芯片的主要结构特点及功能应用,给出了PCI总线的基本结构和规范协议,并提出了一种简单可行的PCI总线与外部总线接口的设计方案——使用专门的接口芯片PCI9054。第二部分详细陈述了高速数据传输卡的软、硬件设计过程,使用专门的工具软件PROTEL DXP绘出全部硬件电路的设计原理图和PCB图,软件部分主要是在PLXMON基础上编写了驱动程序和测试程序,对所编写的软件进行调试,测试结果满足设计需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 本领域研究现状
• 1.3 论文的主要研究工作
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 PCI总线概述
• 2.1 微机局部总线发展综述
• 2.2 PCI局部总线的特点
• 2.3 PCI局部总线信号定义
• 2.3.1 系统信号
• 2.3.2 地址和数据信号
• 2.3.3 接口控制信号
• 2.3.4 仲裁信号
• 2.3.5 错误报告信号
• 2.3.6 中断信号
• 2.3.7 附加信号
• 2.3.8 64 位总线扩展信号
• 2.3.9 JTAG/边界扫描信号
• 2.4 PCI局部总线命令简介
• 2.5 PCI总线的操作时序
• 2.5.1 PCI总线传输协议
• 2.5.2 PCI总线传输操作
• 2.6 PCI局部总线仲裁
• 2.7 PCI总线的电气规范
• 2.7.1 PCI信号环境及电平转换
• 2.7.2 PCI总线对负载的要求
• 2.8 小结
• 第三章 PCI接口方案选择及PC19054 简介
• 3.1 PCI接口的实现方案介绍
• 3.1.1 采用可编程逻辑器件PLD
• 3.1.2 采用专用接口芯片
• 3.2 接口方案选择
• 3.3 PCI专用接口芯片PC19054 简介
• 3.3.1 PC19054 的结构和性能
• 3.3.2 PC19054 内部寄存器
• 3.3.3 PC19054 的工作原理
• 3.3.4 PC19054 接口芯片工作方式选择
• 3.4 小结
• 第四章 数据采集卡硬件实现
• 4.1 数据采集卡的功能模块介绍
• 4.1.1 PCI接口模块
• 4.1.2 EEPROM部分
• 4.1.3 晶振部分
• 4.1.4 AD转换模块
• 4.1.5 数据存储模块
• 4.1.6 CPLD逻辑控制模块
• 4.2 关键技术
• 4.2.1 内存映射
• 4.2.2 Big/Little Endian编码字节转换
• 4.2.3 PC19054 内部寄存器的访问
• 4.3 硬件电路设计中的注意事项
• 4.4 接口电路调试
• 4.5 系统性能分析
• 4.6 小结
• 第五章 数据采集卡软件开发
• 5.1 驱动程序设计
• 5.1.1 驱动程序类型介绍
• 5.1.2 WDM驱动程序的构成
• 5.1.3 WDM驱动程序的特点
• 5.2 驱动程序开发工具选择
• 5.2.1 DDK
• 5.2.2 DriverStudio
• 5.2.3 WinDriver
• 5.2.4 PLXMON
• 5.3 驱动程序的开发及调试
• 5.3.1 驱动程序开发
• 5.3.2 驱动程序调试
• 5.4 应用程序开发
• 5.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ AD转换原理图
• 附录Ⅱ FIFO原理图
• 附录Ⅲ PC19054 原理图
• 附录Ⅳ PCI插卡连接器原理图
• 附录Ⅴ可编程逻辑器件原理图
• 附录Ⅵ CPLD程序
• 附录Ⅶ DMA子程序
• 作者简介