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文档简介
1、双通道数据传输PXI总线接口控制程序设计与实现摘要:PXI总线是NI公司在计算机外设总线PCI的基础上实现的新一代仪器总线,已经成为业界开放式总线的标准。基于PXI总线的数字化仪器模块是现代测试系统中重要的一种数据记录与处理设备。本文将介绍一种基于PXI总线的双通道信号解调板的PXI总线实时性传输的设计方案,并同时利用PXI的局部总线传输同步时钟数据到相邻插槽的解码板进行解码处理。为此后PXI总线多通道实时传输设计和局部总线应用提供了宝贵的经验。关键词:PXI总线双通道实时DesignmentandRealizationofthecontrollerforDual-channeldatatra
2、nsfersbasedonPXIbusAbstract:PXIbusisanewgenerationofinstrumentbusdeveloponthebasisofthePCIbusbyNIcompany,whichhasbecometheopenindustrystandardonbus.DigitalinstrumentbasedPXIbusisanimportantdatarecordingandprocessingequipmentonmoderntestsystem.Thisarticleintroducesaprojectaboutareal-timedualchannelda
3、tatransfersbasedonPXIbus,whileusingPXIlocalbusachievesynchronousclockdatatransfertotheadjacentslot,wherethedatafinishesthedecodingprocess.Thiscanprovidesavaluableexperieneeonmulti-channelreal-timetransmissiondesignandlocalbusapplicationsonPXIbus.KeyWords:PXIbus;Dualchannel;Real-time国外的仪器仪表领域的大公司均已开发
4、出相应的PXI模块和系统。如NI公司PXI产品已进入推广应用的阶段,NI公司目前已生产5大类几十种高性能的PXI产品,其中的系统控制器模板是嵌入式奔腾计算机,带标准接口、软硬磁盘和视频接口,也可带GPIB、网络和串行接口),还有不同型号的机箱。此外,还有高精度实时图像采集模板、多功能数据采集模板、GPIB接口模板、VXI和VME接口模板、100MB/S的网络接口模板和40MB/S的SCSI接口模板。我国相关领域也已经开始向PXI系统进行研制与开发,哈工大最近完成了PXI控制器和机箱及一批PXI模块的研究,一些单位已生产出符合PXI规范的部分产品。国内的测试领域也已开始形成PXI总线市场。在此基
5、础上,本公司开始研制基于PXI总线的测试系统,其中对包括解调、解码、数据采集等功能单元进行了PXI总线接口设计,已掌握了相关技术。1相关技术及发展现状目前基于PCI总线的软硬件均可应用于PXI系统中,从而使PXI系统具有良好的兼容性。PXI还有高度的可扩展性,它有8个扩展槽,而台式PCI系统只有3至4个扩展槽。PXI系统通过使用PCI-PCI桥接器,可扩展到256个扩展槽。PXI总线的传输速率已经达到132Mbit/s(最高为500Mbit/s),是目前已经发布的最高传输速率。因此基于PXI总线的仪器硬件会得到越来越广泛的应用1。PXI规范的电气性能许多仪器应用场合需要而ISA总线、PCI总线
6、或CompactPCI背板总线所没有的系统定时能力,PXI总线通过增加专门的系统参考时钟、触发总线、星形触发线和模块间的局部总线来满足高精度定时、同步与数据通信要求。PXI不仅在保持PCI总线所有优点的前提下增加了这些仪器特性,而且可以比台式PCI计算机多提供三个仪器插槽,使单个PXI总线机箱的仪器模块插槽总数达到7个。1.2局部总线PXI局部总线是每个仪器模块插槽与左右邻槽相连的链状总线。该局部总线具有13线的数据宽度,可用于在模块之间传递模拟信号,也可以进行高速边带通讯而不影响PCI总线的带宽。局部总线信号的分布范围包括从高速TTL信号到高达42V的模拟信号。课题中将采用PXI局部总线传输
7、解调解扰后的图像数据压缩码流到相邻插槽的信源解码系统进行图像数据的解码。2功能及性能需求解调卡的PXI接口程序应完成以下两项主要功能将解调后产生的两路同步串行数据发送到相邻PXI插槽的解码卡进行后续的解码处理。将待解码的同步串行数据进行串并转换,以数据包的形式,按照规定的协议发送到PXI总线上,进而通过工控机的网卡,经网线传送到上位机(PC机)进行软解码处理。要求实时性、无误码传输两路待解码数据。3PXI接口控制程序设计与实现3.1解调卡架构设计解调系统FPGA与外部电路共有四个接口,分别是与两路AD9215的8bit(取10位数据的高8位)数据输入接口、向信源解码板传输串行图像压缩数据码流的
8、输出接口、打包上传图像数据的输出数据接口。两路10MHz中频信号输入AD9215,模数转换后的数字信号进入FPGA,解扩,解调,解扰处理后,将两路图像数据以数据码流形式通过54LVH244接口芯片沿PXI局部总线传到左侧插槽的信源解码板,同时,这两路图像数据以数据包的形式通过PCI9054接口芯片传到PXI总线上,进而通过网络上传给上位机。双通道解调PXI板卡与PXI机箱之间通过标准的J1,J2接插件进行连接。J1是与PXI总线进行信息交互,J2连接局部总线,与相邻插槽的信源解码板卡进行信号传输。表1是局部总线接口信号表。PXI接口数据协议解调板的输入是来自外部提供的中频模拟信号,输出是信号经
9、解调、帧同步后串行输出的图像信息比特流和PXI标准格式数据包。因此,解调板的数据通信协议主要是指与信源解码卡、PXI总线(至上位机)之间的数据通信方式。FPGA将串行图像压缩数据码流按照约定的格式经机箱背板的局部总线传送给左侧插槽的信源解码板。为同时适应解调板工作模式切换的的要求,上位机通过网络及下位机的PXI总线,将配置信息通过PXI接口控制程序下传到解调板的FPGA中。数据要求如下。图像数据流:帧头+图像数据。时钟:两种不同的时钟速率。使能:时钟每32个周期输出一个单脉冲。使能信号与时钟信号保持对应关系,每隔32个时钟周期,出一个脉宽为1个时钟周期,电平为高电平的使能信号。同时解扰后的图像
10、数据按照PXI标准数据包的格式打包传到PXI总线,通过网络上传给上位机,根据定义好的协议进行数据解包,以便软解码处理。数据要求如下。板卡局部数据线:传输图像数据,板卡状态数据,板卡配置数据等信息的标准格式数据包。板卡局部地址线:传输数据包对应的地址信息。PCI特殊控制线:保证板卡本地总线和PXI总线完成信息交互。PXI接口程序设计PCI9054与FPGA的本地总线的设计本课题中PCI9054将采用由本地总线发出中断,请求PC机启动DMA传输的模式,发起DMA传输。由本地总线将图像压缩数据实时上传到PXI总线上,进而通过网络上传到上位机进行软解码处理;同时,在上位机有配置信息下传到本地总线,在F
11、PGA解出配置信息后,配置解调主程序。数据接收发送模块的细化模块如图1所示。设计中,因要上传的图像压缩数据码的波特率稳定不变,单位上传得数据量不变,因此采用由本地发起中断,PC机开启DMA传输的方式。具体实现是当FIFO存储数据达到一半的时候,产生中断信号,触发PC机启动PCI9054芯片的DMA传输,将本地FIFO中的数据上传。就双通道数据来分析,通过计算,将原每帧的数据分解成几个数据包打包后以每16位的宽度写入FIFO。(因为有两路的数据,且PCI9054采用32位数据线上传数据,所以设计为高16位传输第一路的数据包,低16位传输第二路的数据包。)两路数据采用32位的FIFO。经过计算约每
12、400ms触发一次DMA传输,之前的数据将存在FIFO中,设计中采用了32K深度的FIFO,能够满足需求。332PXI局部总线的设计每一个总线片断中,假若两路插槽都存在,背板应该可以将信号从表2的A栏中的PXI_LBR0:12发给所对应的B栏PXI_LBL0:12。在设计中,利用PXI的局部总线传送解调后的两路串行数据,因为每路数据都由三路信号组成:时钟、数据和使能,两路串行数据共有六路信号,同时考虑数据传输的安全性,采用双点双线传送串行数据,因此,本次设计利用了PXI局部总线的13路数据线中的12路。保证了传送给左侧插槽中的信源解码板的串行数据,以便其实时地完成解码功能。4硬件设计与实现PX
13、I接口硬件设计PXI接口数据的传输,采用的主要芯片是PLX公司的PCI9054。此接口电路包括J1和J2接插件,J1为与PCI9054芯片相连接,进行PXI总线与板卡本地总线的信号交互;J2接插件为PXI局部总线上的数据交互的接口。PXI功能实现图像压缩数据经过打包上传给上位机。因FPGA内上传数据的FIFO采用32bit位宽,高16bit为第一路解调处理后的图像压缩数据,低16bit为第二路图像压缩数据。数据包的结构:第一路二头标示(eb90)+5a+0XXX+208bit(图像数据)+尾标识(0111);第二路二头标示(eb90)+5a+1XXX+208bit(图像数据)+尾标识(0111)。5结语及展望通过对PXI总线的研究,基于PXI总线的设计数据传输控制器的设计,使我们掌握了PXI总线的数据收发方法和局部总线的使用方法。完成了硬件平台的设计与实现,也进行了一些分析设计与仿真,对本地总线与PXI总线间的
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