基于CPCI总线的可重构系统研究与设计

论文摘要

随着微电子技术、计算机技术的发展,基于FPGA的可重构技术逐渐成为国际上计算系统研究中的一个新热点。它的出现使过去传统意义上硬件和软件的界限变得模糊,让硬件系统软件化。基于FPGA的可重构技术,就是利用FPGA可以多次重复配置的特点,通过时分复用的方式利用FPGA的逻辑资源,使在时间上离散的逻辑功能在同一FPGA中顺序实现的技术。基于这种技术的可重构系统既具有基于通用微处理器系统的设计灵活、易升级性,又具有基于专用集成电路系统的速度快、效率高的特点。课题在分析国内外可重构系统的研究现状及实现方法的基础上,在基于CPCI的系统设计中,我们利用FPGA的灵活性,提出一种基于CPCI的可重构系统,动态的改变系统上FPGA芯片内部逻辑功能,从而动态的改变系统的整体功能。其中,FLASH存储器存储多种逻辑功能的配置数据流;CPCI总线控制系统的可重构过程;FPGA执行不同的逻辑功能。课题主要研究内容包括,基于CPCI的可重构系统总体架构设计,CPCI总线接口设计与实现,实现内部逻辑功能的CPCI数据通道和基于NIOSII的SOPC系统以及PC端驱动程序和应用软件的开发。研究表明在信号处理、图像处理等应用场合中,基于CPCI的可重构系统可根据待处理信息的特点,重构系统功能,实现信息处理平台的效应,既可节约硬件成本,快速反应,又提高硬件系统的利用率,具有较强实用性和广泛适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 FPGA技术的发展
• 1.2 基于FPGA的可重构技术
• 1.3 可重构系统的发展及前景
• 1.4 课题的主要工作及论文的安排
• 第二章 基于CPCI总线的可重构系统架构研究与设计
• 2.1 系统框架及其特点
• 2.2 设备中CPCI总线完成的功能
• 2.3 设备驱动程序开发
• 2.4 通用板卡硬件电路开发
• 2.5 系统硬件设计
• 2.6 系统工作流程与软件框架
• 第三章 CPCI总线接口设计与实现
• 3.1 CPCI总线概述
• 3.2 PCI总线系统架构
• 3.2.1 PCI总线的信号
• 3.2.2 PCI总线命令
• 3.2.3 PCI总线操作时序
• 3.3 PCI总线配置空间
• 3.4 PCI接口芯片PCI9656
• 3.4.1 PCI9656内部结构及特点
• 3.4.2 PCI9656的总线操作及传输方式
• 3.4.3 EEPROM的配置
• 3.4.4 PCI9656进行DMA传输的实现
• 3.5 小结
• 第四章 可重构功能设计与实现
• 4.1 概述
• 4.2 CPCI数据通道
• 4.2.1 数据通道的结构
• 4.2.2 数据通道的分配与实现
• 4.3 基于NIOSⅡ的SOPC系统
• 4.3.1 基于NIOS Ⅱ的SOPC系统的设计与实现
• 4.3.2 FPGA配置模式
• 4.3.3 NIOS Ⅱ实现动态配置
• 第五章 PC端驱动程序和应用软件的开发
• 5.1 Windows2000体系
• 5.2 WDM驱动程序结构
• 5.2.1 WDM驱动的层次结构
• 5.2.2 I/O请求包
• 5.2.3 中断级
• 5.3 PCI数据录取设备驱动程序函数模块
• 5.4 应用软件的开发
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录