基于FPGA-RocketIOX的PMC高速数据传输板开发

论文摘要

随着信息技术的飞速发展,对数据传输的需求已经超出了摩尔定律(总线性能要每三年才提高一倍)。目前PC机提供了多种板间高速总线接口,其中PCI总线以其开放的局部总线标准和突出的高速率传输性能,受到计算机行业的青睐;同时,新兴的高速串行互连技术由于成功地克服了时钟和数据的抖动问题成为近年来设备间总线的发展主流。一系列新的高速串行标准不断推出。Xilinx推出的具有CDR(时钟数据恢复)功能的全双工Gb/s串行收发器RocketIO_X为设计者在长距离高速数据传输中实现这些协议提供了可能。本文致力于实现基于PMC接口的RocketIO_X间高速数据传输的研究。文章首先针对PMC接口方案的论证与实现进行了详尽阐述,接着归纳了高速数字系统PCB设计中的叠层设计、器件布局和PCB布线的一些基本规则,并用Cadence公司的PCB设计软件Allegro设计了该数据采集系统的PCB,同时用软件SigXplore对该PCB的关键网络拓扑结构进行了仿真。接着,本文详细介绍了基于FPGA的PCI总线接口设计,以及相应的驱动程序开发;文章最后对PCI接口设计进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 基于PCI总线数据传输的广阔前景
• 1.1.2 推动串行连接发展的因素
• 1.1.3 在FPGA内部实现高速并串转换的优越性
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 高速数据传输板方案设计
• 2.1 数据传输板的功能要求
• 2.2 系统方案论证
• 2.2.1 高速大容量数据传输系统设计的主要难点
• 2.2.2 板间总线与设备间总线选择
• 2.2.3 数据传输瓶颈的解决
• 2.3 传输板方案设计
• 2.4 主要元件选用
• 2.4.1 FPGA芯片选择
• 2.4.2 PMC接口芯片的选取
• 2.4.3 SDRAM芯片选择
• 2.4.4 电源芯片选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于Cadence Allegro的PCB设计
• 3.1 Cadence Allegro与传统PCB设计方法的比较
• 3.2 PCB设计所需要解决的问题及相应措施
• 3.2.1 叠层设计
• 3.2.2 电容的应用
• 3.2.3 布线
• X电路设计'>3.2.4 RocketIO_X电路设计
• 3.3 基于SPECCTRAQuest的差分电路仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于FPGA的PCI总线接口设计
• 4.1 PCI接口核逻辑设计
• 4.1.1 配置空间寄存器设置
• 4.1.2 奇偶校验
• 4.1.3 地址数据控制
• 4.1.4 FIFO的设计
• 4.1.5 接口状态机设计
• 4.2 基于WinDriver的PCI设备的驱动程序设计
• 4.2.1 WinDriver编写驱动程序的步骤
• 4.2.2 用WinDriver开发的编程效率
• 4.3 基于FPGA的PCI接口实现及验证
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢