基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡設計

摘要 論述了基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡設計，板卡實現(xiàn)了查詢、中斷和DMA等多種方式讀取數(shù)據(jù)，可以實時采集數(shù)據(jù)、實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的緩存，還有效地解決了對數(shù)據(jù)高速采集、傳輸?shù)男枨?，設計采用FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制邏輯，減少了開發(fā)周期，并可在線修改設計和進行設計升級。
關鍵詞 FPGA；PCI；數(shù)據(jù)采集

數(shù)字信號處理的出現(xiàn)改變了信息與信號處理技術，而數(shù)據(jù)采集作為數(shù)字信號處理的前期工作，在整個數(shù)字系統(tǒng)中起到關鍵性作用。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集是指從待測設備中自動采集信息的過程。圖1顯示了基于PC機的典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各項組成部分。

選用PC機作為控制系統(tǒng)操作平臺，為了能和外部設備通信，PC機提供了外置的USB、串口、并口及內(nèi)置的ISA、PCI等接口。PCI總線接口速度快、系統(tǒng)占用率低，有完備的即插即用管理體制，是目前計算機插卡式外設總線的事實標準。本文利用FPGA通過PCI接口芯片與計算機進行通信，F(xiàn)PGA外接FIFO存儲器，A／D轉換數(shù)據(jù)直接存儲在FIFO中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速采集與連續(xù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)流的輸出。

2 數(shù)據(jù)采集硬件設計
PCI數(shù)據(jù)采集板卡的硬件整體框架如圖2所示。

2．1 PCI總線接口設計
PCI總線是一個地址／數(shù)據(jù)、命令／字節(jié)選擇信號復用的總線。它采用主從信號雙向握手的方式來控制數(shù)據(jù)的傳輸，其接口電路設計和傳統(tǒng)總線接口電路設計有較大的差別，所以必須嚴格遵守PCI總線規(guī)范所規(guī)定的技術規(guī)范。本文采用PLX公司的PC19054作為PCI總線的接口控制器。PCI9054是專用的PCI接口芯片，它主要是將復雜的PCI時序轉換為簡單的時序。
2．2 FPGA設計
FPGA設計用超高速集成電路硬件描述語言(Very High Speed Integrated Circuit hardware Dessription Language，VHDL)實現(xiàn)，設計軟件選用Quartus II。VHDL設計主要分為：總線讀寫設計，A／D控制設計，D／A控制設計，定時／計數(shù)器設計及DIO設計。