SOPC實現(xiàn)的PCI總線高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
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本文提出一種采用可編程片上系統(tǒng)(SySTem-On-Programmable-Chip,SOPC)實現(xiàn)偵察接收機PCI總線高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案，并采用直接存儲器訪問(DIRect Memory Access,DMA)傳輸方式來提高數(shù)據(jù)傳輸速率。
1 PCI總線接口方案設(shè)計
在PCI總線接口標準中，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起者所在位置，PCI接口有從模式和主模式兩種工作模式。根據(jù)工作方式的不同，DMA傳輸方式可分為連續(xù)式DMA (Continuous DMA)和集散式DMA(Scatter-Gather DMA)兩種。
1.1 PCI模式的選擇
PCI總線標準中，由PC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸、讀/寫PCI接口卡的模式稱為從模式。這種模式只要求PCI接口設(shè)備具備PCI從設(shè)備的功能，接口邏輯相對較簡單;主模式是由PCI接口卡主動讀寫PC內(nèi)存，PCI接口的邏輯相對復(fù)雜。頻繁地要求PC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸會占用PC的資源，為了減少PC的負擔，使其有更多的資源用于后續(xù)的數(shù)字信號處理，在偵察接收系統(tǒng)中，PCI接口卡的傳輸模式選擇主傳輸模式。
1.2 DMA傳輸方式的選擇
DMA是提高數(shù)據(jù)傳輸速率和微處理器使用效率的一種數(shù)據(jù)傳輸機制。連續(xù)式DMA用于實現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)塊的傳輸，即在一次DMA傳輸中設(shè)備端讀/寫物理地址連續(xù)變化(讀存儲器空間)或不變化(讀IO口)，PC端的物理存儲地址連續(xù)變化。集散式DMA用于實現(xiàn)不連續(xù)數(shù)據(jù)塊的傳輸，各傳輸數(shù)據(jù)塊的起始讀/寫地址和長度都可以不同，它采用一個寄存器鏈表存儲每個數(shù)據(jù)塊的讀/寫起始地址和長度，DMA傳輸過程中自動從該鏈表加載地址和長度信息。集散模式DMA應(yīng)用靈活，其缺點是在傳輸完一個數(shù)據(jù)塊之后要重新配置DMA控制寄存器的值，速度比連續(xù)模式稍慢。在偵察接收系統(tǒng)中，DMA傳輸模式選擇連續(xù)式傳輸模式。
1.3 PCI總線DMA傳輸方案設(shè)計
PCI接口總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)輸入到乒乓RAM緩沖區(qū)，乒乓切換信號通知CPU數(shù)據(jù)準備好，CPU通過PCI橋的控制狀態(tài)寄存器判斷PC端是否備妥，如PC備妥則配置并啟動DMA控制器，DMA控制器讀口從乒乓RAM中讀數(shù)據(jù)，寫口將數(shù)據(jù)寫至PCI總線訪問端，PCI總線接口單元申請并獲得PCI總線訪問權(quán)，將數(shù)據(jù)送上PCI總線。
2 PCI總線接口的SOPC實現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)實現(xiàn)
PCI總線接口的SOPC內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。實現(xiàn)PCI總線DMA傳輸系統(tǒng)使用到4類功能模塊，分別是實現(xiàn)PCI橋邏輯的pci_comiler組件(pci_c ompiler)、負責數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄MA控制器(dma)、控制整個SOPC的NiosII處理器(cpu)及其數(shù)據(jù)程序存儲器(onchip_mem)，以及SOPC和外部用戶邏輯通信的接口模塊(BA1、DMARD和datardy)，上述組件通過avalon總線連接在一起組成SOPC。
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