PCI IP核在CPCI總線數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用設(shè)計
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DMA控制器由DMA寄存器和DMA狀態(tài)機(jī)兩個模塊構(gòu)成。DMA寄存器是主機(jī)控制DMA的窗口，包括控制狀態(tài)寄存器、地址寄存器、字節(jié)寄存器、中斷狀態(tài)寄存器和本地地址寄存器。DMA寄存器的地址直接映射到PCI的地址空間，其基地址對應(yīng)PCI IP核中的配置寄存器Bar0。主機(jī)通過設(shè)置在存儲器地址空間的DMA寄存器來控制DMA傳輸。DMA狀態(tài)機(jī)是控制主模式寫傳輸?shù)暮诵?，產(chǎn)生主模式傳輸需求的各種信號。狀態(tài)跳轉(zhuǎn)條件來自DMA寄存器，IP核以及DMA FIFO。狀態(tài)機(jī)流程圖如圖3所示。
圖3 DMA狀態(tài)機(jī)
以鏈?zhǔn)紻MA傳輸為例介紹其流程：主機(jī)首先把多組字節(jié)寄存器和地址寄存器的值寫入描述符FIFO，每一組字節(jié)寄存器和地址寄存器就是一個描述符；主機(jī)再寫本地地址寄存器和控制狀態(tài)寄存器即啟動了DMA狀態(tài)機(jī)，開始鏈?zhǔn)降臄?shù)據(jù)傳輸。狀態(tài)機(jī)跳入裝載DMA狀態(tài)，通過對DMA FIFO的讀取將需要的值寫入寄存器中，經(jīng)寄存器有效狀態(tài)進(jìn)入等待請求狀態(tài)。當(dāng)外部FIFO數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，DMA狀態(tài)機(jī)向主機(jī)發(fā)送總線請求信號，并等待主機(jī)的總線允許信號，此時狀態(tài)機(jī)進(jìn)入等待允許狀態(tài)；一旦接收到主機(jī)的總線允許信號，整個DMA傳輸開始，狀態(tài)機(jī)也進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。在數(shù)據(jù)傳輸周期中，字節(jié)寄存器的值逐漸減少直到零時，一個描述符傳輸完成，每一個描述符傳輸完成的時候，狀態(tài)機(jī)并不進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)，而是直接進(jìn)入空閑狀態(tài)，開始下一次描述符的傳輸，所以不產(chǎn)生中斷。等到DMA FIFO為空的時候，狀態(tài)機(jī)認(rèn)為本次鏈?zhǔn)紻MA傳輸完成，進(jìn)入到結(jié)束狀態(tài)，此時產(chǎn)生中斷，一次鏈?zhǔn)紻MA傳輸結(jié)束。
實驗調(diào)試及分析
PCI_MT64 IP核在CPCI數(shù)據(jù)采集卡中的應(yīng)用主要是完成數(shù)據(jù)的高速傳輸，包括從模式寫傳輸方式的數(shù)據(jù)下傳（控制命令）和DMA方式的數(shù)據(jù)上傳（采集卡數(shù)據(jù)）。在QuartusII9.0環(huán)境下，運(yùn)用Megacore PCI Complier對PCI_MT64進(jìn)行設(shè)置，并對CPCI本地端邏輯進(jìn)行了綜合編譯，生成網(wǎng)表文件，運(yùn)用Testbench工具對從模式寫傳輸方式進(jìn)行仿真，驗證了PCI_MT64 IP核的穩(wěn)定性。其時序仿真如圖4所示。
圖4 從模式單周期寫仿真時序
圖4中是一個對地址為8000H的MEM域空間的單周期寫操作，在第3個時鐘周期，F(xiàn)RAME#低電平有效，此時pci_ad的值是8000H，pci_cben的值是0111B，表示存儲器寫，在TRDY#和IRDY#同時有效的時候，數(shù)據(jù)由pci_ad傳給l_dato，這里寫入的數(shù)據(jù)是66666666H。由仿真圖可以看到，pci_ad和l_dato的數(shù)據(jù)是一樣的，所以從模式單周期寫傳輸正確。單周期讀寫適合少量數(shù)據(jù)傳輸，不同寄存器控制命令的發(fā)送及DMA寄存器的設(shè)置都是通過從模式下單周期讀寫實現(xiàn)的。
為測試PCI_MT64 IP核的本地端邏輯設(shè)計，調(diào)用基于Windriver編寫的驅(qū)動程序和用戶界面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。這樣，既驗證了CPCI數(shù)據(jù)采集卡硬件邏輯的正確性，又驗證了軟件的正確性。其測試結(jié)果如圖5所示。
圖5 應(yīng)用軟件測試界面
圖5中數(shù)據(jù)采樣率為500MHz，輸入信號頻率為16MHz，一個周期的采樣點數(shù)N=500/16=31.25，故250個點內(nèi)應(yīng)有250/31.25=8個周期的數(shù)據(jù)。采樣數(shù)據(jù)的幅值以十六進(jìn)制格式在列表框中顯示。波形顯示了有限數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸，沒有任何數(shù)據(jù)丟失，驗證了基于PCI_MT64 IP核在數(shù)據(jù)采集卡中采用DMA方式傳輸數(shù)據(jù)的完整性及傳輸速度。
結(jié)束語
PCI_MT64 IP核能有效的滿足CPCI數(shù)據(jù)采集卡對數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)囊?，實現(xiàn)CPCI接口功能，并能與用戶邏輯配合工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存和傳輸。相較于使用PCI專用芯片實現(xiàn)接口功能的方法，本設(shè)計具有電路板集成性能高、功耗低、成本低、方便移植等優(yōu)點。
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