高速數(shù)據(jù)傳輸卡用PCI 9054總線控制器

事故追憶系統(tǒng)(黑匣子)能否及時(shí)、準(zhǔn)確地將飛機(jī)、輪船等發(fā)生故障時(shí)各種數(shù)據(jù)真實(shí)地保存下來(lái)，提供給專家系統(tǒng)或?qū)＜遥鳛楣收显\斷的依據(jù)，是故障診斷正確與否的關(guān)鍵。利用計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)黑匣子的信號(hào)控制和數(shù)據(jù)采集，而數(shù)據(jù)傳輸卡則在兩者之間起橋梁作用。為了滿足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集要求，數(shù)據(jù)傳輸卡必須有較高的傳輸速率，這依賴于計(jì)算機(jī)總線的結(jié)構(gòu)。目前用于PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸卡大部分是基于標(biāo)準(zhǔn)ISA總線的，這種結(jié)構(gòu)的最大缺點(diǎn)是傳輸速率太低（5MB/s），不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速傳輸，PCI總線正是為了滿足高速數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的一種獨(dú)立于處理器的本地總線，具有32位和64位兩種復(fù)用的地址數(shù)據(jù)通路，一邊與處理器和存儲(chǔ)器總線接口，另一邊為外設(shè)擴(kuò)展提供了高速通道。33MHz、32位的PCI總線可以實(shí)現(xiàn)132MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率；64位更使性能加倍。我們?cè)趯?shí)際工作中利用PCI總線將采集數(shù)據(jù)直接傳到系統(tǒng)內(nèi)存，有效解決了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)，為信號(hào)的實(shí)時(shí)處理提供了方便。

連接PCI總線的設(shè)備分為兩類：主控設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備。主控設(shè)備可以控制總線驅(qū)動(dòng)地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。目標(biāo)設(shè)備不能啟動(dòng)總線操作，只能依賴于主控設(shè)備從其中讀取或向其傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送卡選擇目標(biāo)工作方式即可滿足傳輸要求，這需要CPU對(duì)讀寫進(jìn)行干預(yù)。

傳輸卡系統(tǒng)應(yīng)用于黑匣子信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)接收前端由HOTLINK實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)緩沖器的處理，將數(shù)據(jù)信號(hào)合為11位，考慮到后繼數(shù)據(jù)處理的方便，每路數(shù)字信號(hào)字長(zhǎng)取16位，然后將16位數(shù)據(jù)分別傳入系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。主要功能模塊有：

PCI 9054總線控制器、HOTLINK、緩沖器、傳輸控制芯片EPLD(電可擦除可編程邏輯器件)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

為滿足PCI總線接口規(guī)范，傳送卡必須支持即插即用和自動(dòng)配置功能。本設(shè)計(jì)中選用了PCI 9054 專用接口芯片。

PCI 9054 是一32位/33MHz的通用PCI總線控制器專用芯片，符合PCI本地總線規(guī)范2.2版，突發(fā)傳輸速率達(dá)到132MB/s，本地總線支持復(fù)用/非復(fù)用的32位地址/數(shù)據(jù)，可為一種模式：M模式、C模式、J模式。具有可選的串行E2PROM接口，本地總線時(shí)鐘可和PCI時(shí)鐘異步。PCI 9054 內(nèi)部有六種可編程的FIFO,以實(shí)現(xiàn)零等待突發(fā)傳輸及本地總線和PCI總線之間的異步操作。9054 支持主模式、從模式、DMA傳輸方式，因其強(qiáng)大的功能可應(yīng)用于適配卡和嵌入式系統(tǒng)中。

信號(hào)的前端數(shù)據(jù)收集采用了Cypress公司的第二代HOTLINK收發(fā)器CY7C924DX芯片。

它通過(guò)高速串行線(光纖或同軸電纜)實(shí)現(xiàn)50Mbps～200Mbps的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速數(shù)據(jù)傳輸。內(nèi)部由兩個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)傳輸通道組成：接收通道和發(fā)送通道。接收通道實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換功能，發(fā)送通道實(shí)現(xiàn)并串轉(zhuǎn)換功能。將發(fā)送FIFO、接收FIFO、并串行轉(zhuǎn)換器和串并行轉(zhuǎn)換器集成于一塊芯片內(nèi)，從而簡(jiǎn)化了線路板的設(shè)計(jì)。

EPLD用以實(shí)現(xiàn)PCI 9054 與HOTLINK的傳輸控制邏輯、中斷邏輯以及主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸通道的前端控制。

數(shù)據(jù)傳輸卡具有與遠(yuǎn)端存儲(chǔ)模塊進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，讀寫方式分為兩種：I/O應(yīng)答方式和DMA方式。前者可以對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，后者能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的突發(fā)連續(xù)性傳輸。

以計(jì)算機(jī)讀入數(shù)據(jù)為例：I/O應(yīng)答方式每次只傳送單個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)首先向傳輸卡發(fā)出請(qǐng)求讀入信號(hào)，請(qǐng)求信號(hào)經(jīng)傳輸卡送到黑匣子，黑匣子將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，送至PCI9054本地?cái)?shù)據(jù)總線，同時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢信號(hào)，將數(shù)據(jù)從本地總線傳至PCI總線，同時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)中斷，有中斷程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成一次數(shù)據(jù)讀入；在DMA工作方式下，主機(jī)設(shè)定本地和PCI端的起始地址，傳輸字節(jié)數(shù)和傳輸方向，有軟件設(shè)置DMA傳輸?shù)姆绞?單周期，四個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)周期或永遠(yuǎn)突發(fā)直至傳輸結(jié)束），PCI 9054本地總線通過(guò)PCI總線于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器相連，PCI 9054 以突發(fā)方式向存儲(chǔ)器連續(xù)發(fā)送黑匣子的數(shù)據(jù)，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。

PCI數(shù)據(jù)傳輸卡的另一關(guān)鍵問(wèn)題即驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供連接到PCI板卡的軟件接口，是文件擴(kuò)展名為.SYS的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，在Windows98和Windows 2000中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須根據(jù)Windows驅(qū)動(dòng)程序模型（WDM）設(shè)計(jì)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的關(guān)鍵是如何完成硬件操作，基本功能是完成設(shè)備的初始化、對(duì)端口的 讀寫操作、中斷的設(shè)置和響應(yīng)及中斷的調(diào)用、以及對(duì)內(nèi)存的直接讀寫。本設(shè)計(jì)應(yīng)用KRF－Tech公司的Windriver來(lái)編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，Windriver 針對(duì)PLX和AMCC的專用接口芯片特別編寫了API函數(shù)包，這些函數(shù)能夠方便地實(shí)現(xiàn)中斷處理、DMA傳輸、I/O操作、內(nèi)存映射以及即插即用等功能，另外WinDriver提供了許多例程，使用者可以利用它們來(lái)產(chǎn)生自己驅(qū)動(dòng)程序的基本框架，這些降低了PCI板卡驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)難度。

PCI 9054 以其強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)單的用戶接口，為PCI總線接口的開發(fā)提供了一種簡(jiǎn)潔的方法，設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)本地總線接口控制電路，即可實(shí)現(xiàn)與PCI總線的高速數(shù)據(jù)傳輸。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)能夠高速傳輸且正確，傳輸速率達(dá)到30Mbps. 在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，利用PCI總線的高速特性實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，有效解決了數(shù)據(jù)的傳輸和處理的實(shí)時(shí)性,可應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)采集卡、視頻處理卡、網(wǎng)卡等高速設(shè)備中，隨著PCI總線的普及應(yīng)用，基于 PCI總線的傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)有十分廣闊的前景。■

參考文獻(xiàn)

1. PCI 9054 Data Book V2.1 (Plx Technology). 2000

2. PCI local bus Specification Revision 2.2 . Portland PCI SIG

(PCI Special Interest Group). 1998