（信号与信息处理专业论文）基于pci接口的无线宽带数据发送卡.pdf

电子科技大学硕士论文 摘要 在原某微波通信系统中，使用8 m h z 的模拟带宽来传送模拟的 视频信号，载波频率为2 4 g h z ，传送距离约2 0 - - 5 0 k m ，采用的调 制方式为f s k 。现要求在不改变原来系统的发射机和调制方式的情 况下利用原有频率资源传送高速的数字信号。新系统的信号带宽仍 然为8 m h z ，需要改变的是将原来模拟信号换成数字信号，这样改 进的微波通信系统既可以传送模拟信号，也可以传送高速数字信 号。 本文介绍该系统内的数据发送卡的设计实现，主要涉及调制器 前的数据传输与处理。我们利用d s p 技术，并辅助以计算机p c i 总线技术，对高速数字信号进行基带处理，完成数据在进入调制器 前的必要处理。 数据发送卡主要完成加密、数据组帧、信道编码和数据交织等 处理，这些处理主要由d s p 来实现，经基带处理后的数据送给f s k 调制器。数据发送卡采用p c i 总线接口技术，直接插到计算机的 p c i 插槽里，所以需要完成基于p c i 接口的驱动程序。驱动程序采 用w d m 格式，可以运行于操作系统w i n d o w s 2 0 0 0 n t ，x p 下。我 们使用w i n d r i v e r 结合v c + + 开发出驱动程序以及控制数据交换的 程序和人机界面。 综上所述，我们改进后的通信系统可以实现数字信号的高速传 输、有良好的人机交互界面、数字信号的基带处理保证了数据通信 的可靠性。 关键词：p c i d s p 差错控制编码 驱动程序w i n d r i v e r 电子科技大学硕士论文 a b s t r a c t i na no l d e rm i c r o w a v ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，a n a l o gs i g n a lw a s t r a n s f e r r e di n8 m h zb a n d ，a n di t sc a r r i e rd e q u e n c yi s2 4 g h zw h i c h c a nt r a n s f e r ss i g n a l a w a yf r o mt r a n s m i t t e ra b o u t2 0 5 0k i l o m e t e r s i nf s km o d u l a t o r n o ww ea r er e q u ir e dt ous et h ee x is t e n tr e s o u r c e t ot r a n s f e r h i g h s p e e dd i g i t a ls i g n a l w i t h o u t a n yc h a n g e s t ot h e t r a n s m i t t e ra n dm o d e m t h ea n a l o gs i g n a ls h o u l dt ob er e p l a c e db y d i g i t a ls i g n a l w h i l et h eb a n diss t i l l8 m h z a f t e rc h a n g e st h en e w s y s t e mc a nt r a n s f e rn o to n l ya n a l o gs i g n a lb u ta l s oh i g h s p e e dd i g i t a l s i g n a l t h i sd is s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h ep u r p o s ea n dm e t h o d sh o wt o i m p l e m e n tt h et r a n s m i tc a r di nt h en e ws y s t e m t h em a i nt a s ki st h e d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n go nb a s e b a n db e f o r et h em o d u l a t o r w ec a n i m p l e m e n t t h et r a n s m i tc a r db ys o m et e c h n o l o g i ess u c ha sd s pa n d p c ib u si n t e r f a c eo fc o m p u t e r t h ed a t at r a n s m i t c a r di m p l e m e n t sb a s e b a n ds i g n a l p r o c e s s i n g o nt r a n s m i ts i d e ，s u c ha s e n c r y p t i o n ，d a t ap a c k e t i n g ，s i g n a lc h a n n e l e n c o d i n ga n di n t e r l a v i n gw h i c ha r ei n p l e m e n t e di nd s p t h eo u t p u t s i g n a li s s e n tt ot h ef s km o d e m t h ed a t at r a n s m i tc a r di si n s e r t e d i n t op c is l o to fc o m p u t e ra n de x c h a n g e sd a t aw i t hc o m p u t e rt h r o u g h p c ib us i no r d e rt or u nt h ec a r d si nd i f f e r e n to p e r a t i o ns y s t e ms u c h 】i 电子科技大学硕士论文 a s w i n d o w s 2 0 0 0 n t x p ，t h e d r i v e rm u s tb ew d mf o r m a t t h e a p p l i c a t i o np r o g r a m w h i c hc o n t r o l st h e e x c h a n g e o fd a t aa n dt h e d r i v e ra r ed e v e l o p e db yw i n d r i v e ra n dv c 十+ s u m u p a 1 1a b o v e ，th en e wc o m m un ic a t io n s y s t e mc a n i m p le m e n t s h i g hs p e e dd a t ac o m m u n ic a t io d ，a d dt hes y s te 1 1 h a s a g o o d i n te r f a c eb e t w ee 1 3 o p e r a t o ra d dc o m p u t e l t h em e t h o d o fd ig it a l s i g n a lp r o c es s i n g o nb a s e b a n d c a r le l l s u r e r e l i a b i l i t y k e y w o r d s ：p c i d s pe c c d r i v e rw i n d r i v e r 】i 】 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：叠l 宙堡日期：2 阳陴5 月1 2 e l 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容绽入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 日期：2 f 年5 月j z 日 电子科技大学硕士论文 1 1 研究背景与意义 1 1 1 m m d s 简介 第一章绪论 m m d s ( m ic r o w a v em u l t ic h a n n e ld is t r i b u t i o i qs y sl e m ) 微波多 路分配系统，也称无线有线电视系统。8 0 年代初使用于美国，9 0 年 代初传入中国，己成为有线电视系统的重要组成部分。m m d s 是以传 送电视节目为目的，随着数字图像声音技术和对高速数据的社会需 求的出现，模拟m m d s 正在向数字m m d s 过渡。m m d s 技术可以为用户 提供多种业务功能，这包括点对点面向连接的数据业务、点对多点业 务、点对点无连接型网络业务。点对点面向连接的数据业务是为两个 用户或者多个用户之间发送多分组的业务，该业务要求有建立连接、 数据传送以及连接释放等工作程序；点对多点业务可以根据某个业务 请求者的要求，把单一信息传送给多个用户，该业务又可以分为点对 多点多信道广播业务、点对多点群呼业务等：点对点无连接型网络业 务中的各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到 端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认 保护。除了提供点对点、点对多点的数据业务外，m m d s 还能支持用 户终端业务、补充业务、g s m 短消息业务和各种g p r s 电信业务。 1 1 2 国内外m m d s 的现状与发展趋势 在未来的一段时间内，美国的m m d s 服务可以将固定无线的连接 速度从3 8 4 k b i s 提高到1 m b p s 。尽管m m d s 服务的价格极具有市场竞 争力，不过在美国地区依然只有一小部分用户能购买到这些服务，美 国的通信营运商w o r l d c o f l 公司、s p r i n t 公司和n u c e n t r i x 公司几乎 掌握了美国所有的m m d s 使用许可。 最近，我国有的大城市已经成功地建成了数字m m d s 系统，并且 已经投入使用。不仅传送多套电视节目，同时还将传送高速数据，成 为我国数字m m d s 应用的先驱。数字m m d s 不应该单纯为了多传电视节 目，而应该充分发挥数字系统的功能，同时传送高速数据，开展增值 业务。高速数据业务能促进地区经济的发展，同时也为m m d s 经营者 电子科技大学硕士论文 带来更大的经济效益，因为数据业务的收入远高于电视业务。 1 1 3 论文背景 本论文的研究就是基于m m d s 系统进行的。原某m m d s 通信系统用 8 m h z 的模拟带宽来传送模拟的电视信号，载波频率是2 4 g h z ，传送 距离约2 0 一5 0 k m ，调制方式采用f s k 。现在需要在不改变原来系统的 发射机和调制方式的情况下，利用原来的信道来传送高速的数字信 号，信号的带宽仍然分配8 m h z ，需要改变的是将原来模拟的电视信 号换成数字信号，这样改进的微波通信系统既可以传送模拟电视信 号，也可以传送高速数字信号。 1 2 系统的指标 图1 - 1 无线宽带数据发送与接收系统框图 利用车载微波系统传输模拟和数字信号，在已有的模拟通道上再 开一条数字通道。 ( 1 ) 在不改变系统结构和前后端硬件的基础上，增加数字信号 传输功能； ( 2 ) 采用p c i 数据总线方式，并可实时与主机交换数据； ( 3 ) 数字信号和活动电视视频信号均可以通过微波信道传送； ( 4 ) 数字信号波特率为1 2 5 m b s ： ( 5 ) 数传与电视信号传送采用时分体制； 电子科技大学硕士论文 ( 6 ) 数传信号有误码保护功能，在误码率为千分之一时，可正 确传送数据概率为0 8 ； 1 3 本论文的主要研究工作 本文主要研究数据发送卡，研究内容和章节安排如下： 第一章：本课题的背景和意义。 第二章：基于p c i 总线的数据传输系统。介绍了数据传输系统的 主要功能模块，包括接口模块和配置模块；对其中的关键技术作 具体分析。 第三章：基于d s p 的基带信号处理系统。介绍了基带信号处理相 关理论，主要包括r s 信道编码和交织原理；介绍了发送卡上使 用的t m s 3 2 0 c 5 4 1 0 d s p 芯片并对d s p 的软硬件做分别论述。 第四章：系统配套软件设计。介绍了基于p c i 总线的发送卡的驱 动程序的实现：利用w i n d r i v e r 提供的a p i 函数在v c f 开发了 具有图形界面的驱动程序及其应用程序。 第五章：试验结果。 1 4 最终设计完成的系统框图： 计 算 机 p c i 插 槽 配置寄存器 n m 9 3 c $ 5 6 l 而i 躐总线接口单元 厂i p c i 9 0 5 4 c l kj jj a b 逻辑控制单元 i s p l s l 2 0 3 2 e 盟l f i f of = “ji d t 7 2 0 5k p l8 k b 9l 读信号 高速数据女照l 单元 t m $ 3 2 0 v c 5 4 1 0 l ! 坚里曼旦坚l11 1 1 望坠望i 串行数据流 图卜2 数据发送卡的硬件框图 高速串口 电子科技大学颈士论文 第二章基于p ci 总线的数据传输系统 为了便于系统分析，我们将整个发送卡划分为两个大的模块：数据传输系统 和基带信号处理系统。基于p c i 的数据传输系统包括p c i 接口芯片、f i f o 以及 起控制作用的c p l d ；基于d s p 技术的基带信号处理系统主要由t m s 3 2 0 c 5 4 1 0 芯片组成。我们在本章和下章分别对这两个模块做详细论述。在数据传输模块 中，我们主要结合p c i 总线及其接口芯片p c i 9 0 5 4 对如何具体实现发送卡的数 据接口功能作详细的介绍。 2 1 p c i 总线简介 总线是计算机个模块间信息传输的公共通道，也是与外界进行数 据交换的接口，我们在数据发送卡上使用的是p c i 接口。 从1 9 9 2 年创立规范到如今，p c i 总线已成为了事实上计算机的标准总线。 它有许多优点，比如即插即用( p l u ga n dp l a y ) 、中断共享等。在这里我们对p c i 总线做一个简单的介绍。 从数据宽度上看，p c i 总线有3 2 b i t 、6 4 b i t 之分；从总线速度上 分，有3 3 m h z 、6 6 m h z 两种。目前流行的是3 2 b i t & 3 3 m h z ，而6 4 b i t 系统正在普及中。改良的p c i 系统，p c i x ，最高可以达到 6 4 b i t & 1 3 3 m h z ，这样就可以得到超过1 g b s 的数据传输速率。如果 没有特殊说明，以下的讨论以3 2 b i t & 3 3 m h z 为例。 一、基本概念： 不同于i s a 总线，p c i 总线的地址总线与数据总线是分时复用的。 这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另方面便于实 现突发数据传输。在做数据传输时，由一个p c i 设备做发起者( 主控， i n i t i a t o r 或m a s t e r ) ，而另一个p c i 设备做目标( 从设备，t a r g e t 或 s l a v e ) 。总线上的所有时序的产生与控制，都由m a s t e r 来发起。p c i 总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构( a r b i t e r ) ， 来决定在谁有权力拿到总线的主控权。 3 2 b i tp c i 系统的管脚按功能来分有以下几类： 系统控制： c l k ：p c i 时钟，上升沿有效 r s t ：r e s e t 信号 传输控制： 电子科技大学硕士论文 f r a m e # ：标志传输开始与结束 1 r d y # ：m a s t e r 可以传输数据的标志 d e v s e l # ：当s l a v e 发现自己被寻址时置低应答 t r d y # ：s l a v e 可以转输数据的标志 s t o p # ：s l a v e 主动结束传输数据的信号 i d s e l ：在即插即用系统启动时用于选中板卡的信号 地址与数据总线： a d 【3 1 ：0 ：地址数据分时复用总线 c b e # 3 ：0 ：命今字节使能信号 p a r ：奇偶校验信号 仲裁信号： r e q # ：m a s t e r 用来请求总线使用权的信号 g n t # ：a r b i t e r 允许m a s t e r 得到总线使用权的信号 错误报告： p e r r # ：数据奇偶校验错 s e r r # ：系统奇偶校验错 c l k n ，_ 、r 、j 厂 l 厂_ 厂。r u _ 、。r l2】5 fbs r 删“i 3iii ；i f 烹黛j jj：，+ n o ：蠹匿毒i 亟互= 3 雹e 蔓亟= f - - 4n _ ： i； ： ； ： c _ 一题酉 王堕= 二= 二：二：二二= 每二 ! 一， 报d y i ! t ： ： 砷，。1 _ 麓二_ j ? l ，一； - k _ ：l o e v $ e ：一3 ： ； ； ，一! 寿磊纛西鬲f t 肖丽一 f 面鬲一 n 盯 r i 蛙 pr 一 | 1 s 一b u 3 ” n s ： 0 ”一一 图2 - 1p c i 总线操作时序圈 当p c i 总线进行操作时，发起者( m a s t e r ) 先置r e q # ，当得到仲 裁器( a r b i t e r ) 的许可时( g n t # ) ，会将f r a m e # 置低，并在a d 总线上 放置s l a v e 地址，同时c b e # 放置命令信号，说明接下来的传输类型。 所有p c i 总线上设备都需对此地址译码，被选中的设各要置i ) e v s e t # 电子科技大学硕士论文 以声明自己被选中。然后当i r d y # 与t r d y # 都置低时，可以传输数 据。当m a s t e r 数据传输结束前，将f r a m e # 置高以标明只剩最后一 组数据要传输，并在传完数据后放开i r d y # 以释放总线控制权。 这里我们可以看出，p c i 总线的传输是很高效的，发出一组地址 后，理想状态下可以连续发数据，峰值速率为l3 2 m b s 。实际上，目 前流行的3 3 m & 3 2 b i t 北桥芯片一般可以做到1 0 0 m b s 的连续传输。 二、即插即用的实现： 所谓即插即用，是指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需 资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序。 而不象旧的i s a 板卡，需要进行复杂的手动配置。 在p c i 板卡中，有一组寄存器，叫”配置空间”( c o n f i g u r a t i o n s p a c e ) ，用来存放基地址与内存地址，以及中断等信息。p c i 的配置 空间如下图所示。 以内存地址为例：当上电时，板卡从r o m 里读取固定的值放到 寄存器中，对应内存的地方放置的是需要分配的内存字节数等信息。 操作系统要跟据这个信息分配内存，并在分配成功后把相应的寄存器 中填入内存的起始地址。这样就不必手工设置开关来分配内存或基地 址了，对于中断的分配也与此类似。 d e v i c ei dv e n d o ri d s t a t u sc o u l m a s l d c l a s sc o d er e v i s i o ni d b i s t h e a d e l a y p el a t e n c yt i m e r c a c h el i n es i z e b a s e a d d r e s sr e g i s t e r s ( 0 5 ) c a s d b u sc i sp o i n t e r s u b s y s t e mi d s u b s y s t e mv e n d o r i d p c i b a s e a d d r e s s f o r l o c a l e x p a n s i o n r o m r c s e r v e d n e x t _ c a p p o i n t e r r e s e r v e d m a xl a tm i ng n t i n t e r r u p tp i ni n t e r r u p tl i n e 图2 - 2p c i 总线配置空间 电子科技大学硕士论文 三、中断共享的实现： i s a 卡的一个重要局限在于中断是独占的。计算机的中断号只有 1 6 个，而且系统占用了一些，这样当有多块i s a 昔要用中断时就会 有问题了，而p c i 总线的中断是共享的，它的中断共享由硬件与软件 两部分组成： 硬件上，采用电平触发的办法： 中断信号在系统一侧用电阻接高，而要产生中断的板卡上利用三 极管的集电极将信号拉低。这样不管有几块板产生中断，中断信号都 是低：而只有当所有板卡的中断都得到处理后，中断信号才会回复高 电平。 惮啪il 耕 下；照1 。塞蔓 3 l l 驵： 曼曼一 l l ； i i 5 i 善1 弋 图2 - 3p c i 总线中断菸享的硬件实现 软件上，采用中断链的方法： 假设系统启动时，发现扳卡a 用了中断7 ，就会将中断7 对应的 内存区指向a 卡对应的中断服务程序入口i s r _ a ；然后系统发现板 卡b 也用中断7 ，这时就会将中断7 对应的内存区指向i s rb ，阿时 将i s rb 的结束指向i s r a 。以此类推，就会形成一个中断链。而 当有中断发生时，系统跳转到中断7 对应的内存，也就是1 s rb 。 i s rb 就要检查是不是b 卡的中断，如果是，要处理，并将板卡上的 拉低电路放开；如果不是，则呼叫i s ra 。这样就完成了中断的共享。 电子科技大学硕士论文 图2 - 4p c 总线中断共享的软件实现 2 2 发送卡主要功能模块 2 2 1 接口模块 p c i 总线是一个地址数据、命令字节选择复用的总线，它采用主 从信号双向握手的方式来控制数据的传输，其接口电路设计和传统总 线接1 2 电路设计有很大差别，必须严格遵循p c i 总线规范所规定的技 术规范。一般说来，一个p c i 总线接口电路应该完成以下几种功能： 一地址译码及命令译码 由于p c i 总线可以采用正向和负向方式进行译码，因此用户应该 根据实际情况决定合适的译码方式。一般选择正向译码方式，为了防 止地址冲突，最好采用全地址译码；命令信号线c b e 0 ：3 必须参加 译码。 二地址产生电路 p c i 总线突发传输方式包含一个地址周期和若干个数据周期，因 此在p c i 接口电路中必须有能高速产生地址的部件，用于提供连续的 地址。 三控制信号的产生 p c i 总线的数据传输主要由f r a m e # 、i r d y # 、t r d y # 和d e v s e l # 这几个信号线控制，因此必须根据实际情况产生这些控制信号。 此外，接1 2 1 电路还应该完成地址锁存和数据分离、命令锁存及字节选 择信号分离等功能。 电子科技大学硕士论文 目前，实现接口控制器主要有两种方案：采用可编程器件和采用 专用接口芯片实现。采用可编程器件实现接口控制器的优点是比较灵 活，因为多数p c i 设计并不需要实现p c i 规范中的所有功能，只需要 实现其中一个功能子集既可；其次利用可编程器件的高度集成性，可 以将p c i 插卡上的其它用户逻辑或功能于p c i 接口逻辑做在一个芯片 上，实现紧凑的系统设计：再次，利用可编程器件实现的系统在升级 时只需要重新编程既可，无需重新设计p c b 版。但是这种方案的缺 点也很明显：设计难度大，调试困难。 采用专用的接口芯片则可以提供可靠的p c i 逻辑和强大的功能 模块，而且实现简便，调试容易，综合考虑，我们在这里选用了专用 接口芯片来实现接口功能。目前，运用广泛的专用芯片有：p l x 公司 的p c i 9 0 5 4 ，p c i 9 0 5 2 ，p c i 9 0 3 0 ；a m c c 公司的s 5 9 3 3 ，s 5 9 2 0 ；c y p r e s s 公司的c y 7 c 0 9 4 4 9 p v 等。本设计中使用的是p c i 9 0 5 4 芯片。 p c i 9 0 5 4 是p l xt e c h n o l o g yc o r p 公司设计的专用p c i 总线接口 芯片，符合p c iv 2 2 技术规范。它带p c i 电源管理功能，支持 v p d ( v i t a lp r o d u c td a t a ) 配置功能和p e i 的d a c ( d u a la d d r e s sc y c l e ) 功能，提供符合1 2 0 ( i n t e l l i g e n ti o ) 规范1 5 要求的信息单元。p c i 9 0 5 4 支持p c i 的主从方式传输，在猝发条件下可实现p c i 的全速数据传 输。另外，p c i 9 0 5 4 还兼容了p c i 热插拔和c o m p a c t p c i 的热切换要 求。p c i 9 0 5 4 的结构图如下所示： 图2 - 5p c i 9 0 5 4 结构 电子科技大学硕士论文 可以看出，p c i 9 0 5 4 提供了p c i 总线，e e p r o m ，l o c a l 总线三个 接口。l o c a l 总线是与p c i 总线相对应的用户端总线，p c i 端的接口 由p c i 9 0 5 4 完成，它可以完成完整的p c i 总线规范2 2 版的要求。用 户设备只需与本地总线接口。p c i 9 0 5 4 作为一种桥芯片，它可以作为 两个总线的主控设备去控制总线，也可以作为两个总线的目标设备去 相应总线。 p c i 9 0 5 4 提供了4 种与p c i 总线通信的途径：d m a 方式、邮箱方 式、f i f o 方式和直通方式。 一d m a 方式 p c i 9 0 5 4 设计了2 个双向的d m a 通道：d m a 0 和d m a l 。两个 通道各自占用一个f i f o ，其中用于d m a 0 读写的f i f o 深度为3 2 ， 用于d m a l 读写的f i f o 深度为1 6 ，宽度均为3 2 。通过设置d m a 控 制器的p c i 地址寄存器，l o c a l 地址寄存器，读写计数器等配置寄存 器，可以实现d m a 的块传输、分散聚合传输等方式。d m a 传输完 成以后，p c i 9 0 5 4 可以产生相应的p c i 或l o c a l 总线的中断。 二邮箱方式 p c i 9 0 5 4 提供了8 个双向的3 2 位邮箱寄存器和2 个3 2 位的门铃 寄存器( d o o r b e l lr e g i s t e r ) 。通过邮箱传输速度较慢，可用于传递命 令、参数及状态等信息。另外，在l o c a l 中断允许情况下，p c i 肉 p c i 9 0 5 4 的前4 个邮箱中的一个( m b o x 0 一m b o x 3 ) 写人数据时可 以产生l o c a l 总线的中断，而后4 个邮箱则无此功能，但可以通过门 铃寄存器实现同样的功能。2 个门铃寄存器均为3 2 位，分别用于p c i 向l o c a l 总线和l o c a l 总线向p c i 申请中断。 三f i f o 方式 p c i 9 0 5 4 提供了6 个双向的f i f o 队列，其中2 个双向的f i f o 用 于d m a 传输的读写，另外4 个用于p c i 的目标读写和l o c a l 的目标 读写，用于写的f i f o 深度为3 2 ，用于读的f i f o 深度为1 6 ，宽度均 为3 2 。通过f i f o 可以实现零等待的猝发方式传输。 四直通方式 p c i 9 0 5 4 的直通方式与$ 5 9 3 3 的直通方式相似，只能用于p c i 从 方式。p c i 9 0 5 4 只能定义3 个本地的地址空间用于p c i 的读写( 包括 p c i 配置空间1 ，l o c a l 总线的宽度可以定义为8 ，1 6 和3 2 位。 电子科技大学硕士论文 考虑到发送卡需要进行大数据量的传输( 例如语音和视频) ，我们 选用p c i 9 0 5 4 的d m a 方式。 2 2 2 配置模块 p c i 9 0 5 4 的寄存器的设置需要在系统上电时自动配置完成，因此 工作时需要一个配置芯片e e p r o m ，e e p r o m 会在p c i 卡上电的时 候配置p c i 9 0 5 4 。e e p r o m 可以从p c i 端或者l o c a l 端进行读写， c n t r l 2 8 ：2 4 控制p c i 9 0 5 4 的引脚使能e e p r o m 数据的读写操作。 e e p r o m 主要负责配置p c i 卡的v e n d o r l d 和d e v i c e i d ，这是系统 用来标识p c i 卡的，操作系统就靠这个标识来找到p c i 卡。还配置了 l o c a l 端的4 个s p a c e 的l o c a l 基地址和空间大小，以及每个s p a c e 的 其它一些参数。 e e p r o m 的时钟信号为3 3 v ，由p c i 时钟驱动，经由p c i 9 0 5 4 在 内部进行分频获得，分频系数为13 2 。 在没有配置芯片的情况下，p c i 9 0 5 4 按照默认值启动。在有配置 芯片时，p c i 9 0 5 4 按照如下步逐启动：r e s e t 后，首先读取e e p r o m 的第一个长字( 3 3 位) ，如果读到的数据全为1 ，说明e e p r o m 为空， 如果读到的数据全为0 ，说明没有e e p r o m 存在。在这两种情况下， p c i 9 0 5 4 均转入默认模式运行。p c 9 0 4 5 有两种串行e e p r o m 数据的 导入方式：l o n gl o a dm o d e 和e x t r al o n gl o a dm o d e 。前一种为默认方 式，在这种情况下，p c i 9 0 5 4 载入1 7 个长字。当完成l o n g l o a dm o d e 模式的载入后，若l b r d 0 1 2 5 1 为1 ，额外的5 个长字被载入，称为e x t r a l o n gl o a dm o d e 。 2 3 关键技术研究 2 3 1p c i l o e a l 总线中断 发送卡上p c i 9 0 5 4 的p c i 端和l o c a l 端通过中断的方式进行通讯： p c i 端在数据发送完毕时触发中断通知l o c a l 端开始读取数据；l o c a l 端在每次f i f o 被读空后触发中断通知p c i 端继续发送数据。 一l o c a l 端至p c 端： 下图是p c i 的l o c a l 端中断源示意图( p c i 9 0 5 4 只使用i n t a # ) 。 电子科技大学硕士论文 图2 6 p c i 9 0 5 4 l 0 c a l 端中断源 x 2 = c h a n n e l0d o n ei n t e r r u p te n a b l eb i t ( d m a m o d e 0 1o ) x 3 = c h a n n e l0i n t e r r u p ta f t e rt e r m i n a lc o u n tb i t ( d m a d p r 0 2 ) x 4 = l o c a ld m ac h a n n e l0i n t e r r u p te n a b l eb i t ( i n t c s r 【18 1 ) a n d d m ac h a n n e l0i n t e r r u p ts e l e c tb i t ( d m a m o d e o 1 7 ) x 6 = c h a n n e l1d o n ei n t e r r u p te n a b l eb i t ( d m a m o d e l 【1 0 1 ) x 7 = c h a n n e l1i n t e r r u p ta f t e rt e r m i n a lc o u n tb i t ( d m a d p r l 【2 1 ) x 8 = l o c a ld m ac h a n n e lii n t e r r u p te n a b l eb i t ( i n t c s r 【1 9 1 ) a n d d m ac h a n n e li i n t e r r u p ts e l e c tb i t ( d m a m o d e l 【1 7 1 ) x 9 = o u t b o u n dp o s tq u e u ei n t e r r u p tb i t ( o p q i s 【3 ) a n do u t b o u n dp o s tq u e u e i n t e r r u p tm a s kb i t ( o p q i m 3 】) 我们使用l i n t # 做为用户自定义的中断输入脚做为本地端的中断 输入。p c i 中断为电平中断，在f i f o 读空后，将该信号线拉低既可产 生中断信号。由图中看出，要使用本中断，需要设置中断控制寄存器 的内容( i n t c s r 8 】，i n t c s r 【1 1 置位) 。 二p c i 至l o c a l 端： 为了实现p c i 至l o c a l 端的中断信号，我们使用p c i 9 0 5 4 的通用输出 引脚u s e r o ，通过控制c n t r l 1 6 寄存器位来实现对l o c a l 端的通讯。 电子科技大学硕士论文 2 3 2 地址映射 p c l 9 0 5 4 提供了两组配置寄存器：p c ic o n f i g u r a t i o nr e g i s t e r s 和 l o c a lc o n f i g u r a t i o nr e g i s t e r s 。前者控制p c i 配置空间；后者控制本地 配置空间，提供了配置本地端的一些信息。p c i 9 0 5 4 相当于一个桥， 连接p c i 卡的本地端的芯片到p c i 总线上，将p c i 指令例如读写某个寄 存器、内存、i o 翻译到本地端。p c i 9 0 5 4 本地端提供了地址线2 6 根【2 7 ：2 和数据线3 2 根，还有l b e 4 根，可以翻译成不同的地址线。p c i 配置寄 存器提供了6 个基地址寄存器，这些基地址都是在系统中的物理地址 其中b a s e 0 和b a s e l 都是用来访问l o c a l 配置寄存器的基地址， b a s e o 是映射到内存的基地址，b a s e l 是映射到i o 的基地址。我们可 以通过内存和i o 来访问l o c a l 配置寄存器。b a s e 2 5 四个空间用来 访问本地端所接的4 个芯片( 当然可以少于4 个) ，它们将本地端的芯 片通过本地端地址( 在l o c a l 配置寄存器中设置) 翻译成p c i 的地址， 也就是将本地的芯片映射到系统的内存或1 0 口。这样当使用程序操作 这一段内存或1 0 时实际上就是对本地的芯片操作了。 我们以地址空间0 为例来具体说明：与此空间地址映射相关的寄 存器为l a s o r r 和l a s o b a ，它们是p c i 地址空间0 的配置寄存器，前 者规定了本地端芯片的映射类型( 映射到内存空间或1 0 空间) 和映射 空间大小，若映射到内存空间，还可以定义映射到p c i 地址的哪个范 围；后者定义了本地端的地址起始值，即将被转换的地址，由于发送 卡上p c i 9 0 5 4 的本地端只接了一个芯片，不需进行地址译码，因此该 起始值可以任意设置，只需要保证它是映射空间大小的整数倍既可。 当设置成功后，当系统启动时，在p c i 总线端系统会根据寄存器内容 分配相应的内存空间或1 0 供p c i 9 0 5 4 使用来映射l o c a l 上接的芯片。而 系统分配的内存空间的或1 0 的信息会写入p c i 配置寄存器中，只要读 出来就可以了，开发者不需要了解具体的映射过程。 2 4 本章小结 本章给出了发送卡上的接口模块的具体实现，介绍了p c i 总线的 基础知识和其中用到的接口芯片p c i 9 0 5 4 、配置芯片的特性，对开发 过程中需要注意的关键问题做了详细的说明。 电子科技大学硕士论文 第三章基于d s p 的基带信号处理系统 在本设计中，d s p 主要负责基带信号处理，它将经由接口模块从 信源计算机得到的数据进行处理后送至发射机进行发射。d s p 中的数 据处理流程如下图所示： 3 1 理论基础 图3 - 1d s p 信号处理流程 在介绍系统的具体实现前，我们首先介绍其中涉及到的信号处理理论。 3 1 1 数据加密 数据加密是现今数字通信里的特色，数据加密的目的是为了保障 传输信息的安全性和隐蔽性，以防止被第三方窃取。数据加密的方法 有很多种，但从整体上来划分，大致可以分为两种：分组加密( 基于 数据包的加密) 和序列加密( 基于流的加密) 。 分组加密就是将明文序列分为门的组m = ( m 。，m a ，一，) ，各组在密 钥k 确定的加密算法匠加密下变换成长度为的密文序列 c = ( c o ，c 1 ，c 。) 。在分组密码中一般密文的每一位都与对应明文组的 所有位有关。可见，分组加密是把一个明文分组当作一个整体来产生 一个等长的密文分组的过程。目前使用最广泛的加密方法都基于1 9 7 7 年被美国标准局( n a t i o n a lb u r e a uo fs t a n d a r d s ) 作为第4 6 号联邦信 息处理标准而采用的数据加密标准d e s 。在d e s 中数据以6 4 b i t 分组 进行加密，密钥长度为5 6 b i t 。加密算法经过一系列的步骤把6 4 b i t 的输入变换成6 4 b i t 的输出，解密过程中使用同样的步骤和同样的密 钥。 序列加密对信息是逐位进行的，它在密码学理论和实用中一直占 主导地位，绝大多数实用的序列密码是采用伪随机序列做密钥。序列 加密的过程是把报文、语音、图象和数据的原始数据流同密钥序列逐 位进行模2 加的运算，生成密文序列：接收方解密时也用相同的密钥 电子科技大学硕士论文 序列与密文做模2 加运算，就可完成解密了。 3 1 2 数据组帧 分组交换也称包交换，是为了适应计算机通信的需要而发展起来 的，是数据通信的重要手段之一。它发展得比较早，可以称得上是数 据通信的先驱者。它是将用户的数据分割成一定的长度，这些数据段 就称为分组，在每个分组头前面加上个分组头，用以指明该分组发 往何处，然后交换机根据每个分组头里的地址标志，将它们沿着最佳 的路由发往目的地。这一过程就称为分组交换，进行分组交换的通信 网称为分组交换网。 数据发送接收采用数据分组通信方式，可以检测出数据有无丢 失。完成加密后的数据进行数据组帧处理，即将数据打成数据包，便 于发送和接收。由于是无线信道传输，信道的环境比较恶劣，出现数 据包丢失的概率远大于有线信道，所以数据包不能太大，否则如果丢 失一个包对信息的完整性会造成很大影响。参考无线a t m ( 数据5 3 个字节加8 字节纠错编码) 和g s m 数字蜂窝系统( 一个2 0 m s 的话 音信号作为一个基本数据块，4 5 6 b i t 约5 7 字节左右) ，再根据本系 统需要传送图象信号的特性( 数据量大，如果数据包太短，则数据包 太多) ，故设计数据发送卡的一个数据帧数据长度最大为7 3 字，另 外还有控制字和纠错编码保护字，其帧格式定义如下： 12 字1 宇1 字l 字 7 3 字( m a x ) f 前导码同步保护码 帧序号帧长度数据同步保护码数据 图3 - 2 发送数据的帧结构 数据帧的具体说明如下：当信源计算机要开始发送新文件时，发 送卡先送出3 2 b i t 的前导码，前导码是“0 1 0 1 0 1 0 1 ”的规则序列，共2 字，目的是便于接收卡做数据识别和搜索位同步。前导码后是1 字节 的帧同步码，帧同步码取0 x e b ，单独对同步码做汉明编码，提供对同 步码的保护，也便于接收卡搜索到同步码。同步码和其汉明保护合并 成一个字。同步码之后是1 字的帧序号值，帧序号从0 3 2 7 6 7 循环 递增，对数据帧编序号的目的是为了便于接收卡判别接收的数据是否 有丢失，连续丢失3 帧数据则认为本次文件传输失败，必须重传。帧 电子科技大学硕士论文 序号还可以保证数据解密时数据和密钥