基于FPGA的PCI总线接口控制器的设计

论文摘要

为了满足外围设备之间、外围设备与主机之间高速数据传输,Intel公司于1991年提出PCI（Peripheral Component Interconnect）总线的概念,即周边器件互连。因为PCI总线具有极高的数据传输率,所以在数字图形、图像和语音处理以及高速数据采集和处理等方面得到了广泛的应用。本论文首先对PCI总线协议做了比较深刻的分析,从设计要求和PCI总线规范入手,采用TOP-DOWN设计方法完成了PCI总线接口从设备控制器FPGA设计的功能定义:包括功能规范、性能要求、系统环境、接口定义和功能描述。其次从简化设计、方便布局的角度考虑,完成了系统的模块划分。并结合设计利用SDRAM控制器来验证PCI接口电路的性能。然后通过PCI总线接口控制器的仿真、综合及硬件验证的描述介绍了用于FPGA功能验证的硬件电路系统的设计,验证系统方案的选择,并描述了PCI总线接口控制器的布局布线结果以及硬件验证的电路设计和调试方法。通过编写测试激励程序完成了功能仿真,以及布局布线后的时序仿真,并设计了PCB实验板进行测试,证明所实现的PCI接口控制器完成了要求的功能。最后,介绍了利用驱动程序开发工具DDK软件进行软件设计与开发的过程。完成系统设计及模块划分后,使用硬件描述语言（VHDL）描述系统,并验证设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题的背景和研究意义
• 1.2 计算机总线技术和应用
• 1.2.1 总线的基本概念
• 1.2.2 PCI 总线的发展
• 1.3 论文涉及的关键技术
• 1.3.1 EDA 技术及其优点
• 1.3.2 Top-Down 的设计方法
• 1.3.3 VHDL 语言编程技术
• 1.3.4 FPGA 和CPLD 技术
• 1.4 论文研究内容
• 第二章 PCI 局部总线规范
• 2.1 PCI 总线的系统结构
• 2.2 PCI 总线的应用
• 2.3 PCI 总线的特点
• 2.3.1 衡量总线好坏的性能指标
• 2.3.2 PCI 总线的优点
• 2.4 PCI 总线信号定义
• 2.5 PCI 总线基本操作
• 2.6 PCI 总线基本操作时序
• 2.6.1 总线读操作时序
• 2.6.2 总线写操作时序
• 2.6.3 配置空间读操作时序
• 2.6.4 配置空间写操作时序
• 2.7 小结
• 第三章 PCI 总线接口逻辑的设计
• 3.1 PCI 总线接口控制器的特性
• 3.2 PCI 接口控制器设计方案讨论及可行性分析
• 3.2.1 采用专用芯片设计
• 3.2.2 采用可编程逻辑器件设计
• 3.3 接口设计的简化
• 3.4 PCI总线的传输过程
• 3.5 PCI 总线接口控制器的设计
• 3.5.1 地址锁存及数据分离、命令锁存及字节选择信号分离
• 3.5.2 地址译码及命令译码
• 3.5.3 地址产生电路
• 3.5.4 总线配置模块电路
• 3.5.5 PCI 从设备状态机设计
• 3.6 SDRAM 控制器的设计
• 3.7 小结
• 第四章 PCI 总线接口控制器的仿真、综合及硬件系统设计
• 4.1 方案选择与系统概述
• 4.2 设计中使用的主要芯片
• 4.3 PCI 总线接口控制器的仿真
• 4.4 PCI 总线接口控制器的综合与实现
• 4.5 PCI 总线接口控制器的硬件设计与验证
• 4.5.1 系统板设计
• 4.5.2 PCI 接口卡设计
• 4.5.3 硬件验证的电路设计
• 4.5.4 硬件验证的调试方法
• 4.6 小结
• 第五章 驱动程序设计和板卡验证
• 5.1 驱动程序的设计
• 5.2 驱动程序的安装
• 5.3 板卡的硬件测试
• 5.3.1 调试步骤
• 5.3.2 调试过程中的经验教训
• 5.4 小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在校期间研究成果