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基于PCI Express接口的高速数据传输系统的设计与实现

作　者: 刘宁
导　师: 张文栋
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: PCI Express FPGA LVDS 高速
分类号: TN919.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 781次
引　用: 8次
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内容摘要


随着高速采集系统、图像采集系统等测试系统的发展,在测试中产生的大容量数据如何快速传入计算机进行分析处理成为制约系统性能进一步提高及系统功能实现的一个重要环节。在此背景下,通过研制以LVDS接口高速接收发送数据并通过PCI Express计算机总线将数据传入计算机的接口卡,实现了将外部数据高速传入计算机。论文在分析任务及技术指标的基础上,设计了系统总体方案。在硬件实现部分,介绍了基于PCI Express总线高速数据传输过程中的相关技术,对数据收发的接口及时序、FPGA实现PCI的主模式工作时序、FPGA实现PCI的从模式工作时序、FPGA实现PCI Express总线配置、FPGA实现DMA传输、FPGA进行中断管理及电源分配等技术进行了详细的描述;在软件部分,结合系统读取数据过程介绍了驱动程序的结构以及为实现高速数据存盘而采用的多线程技术。在论文的结束部分给出了该接口卡自检、数据读入计算机等功能的试验过程及数据的分析结果。本次设计完成的接口卡,是以PCI Express的X1接口实现的,如果以X16接口进行设计,采用RAID等技术,系统的性能将会进一步提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-17
  1.1 PCI Express 总线产生的背景  9-11
  1.2 PCI Express 总线的特点与优势  11-13
  1.3 PCI Express 的发展现状  13-14
  1.4 PCI 与PCI Express 技术性能比较  14-15
  1.5 课题背景及研究内容  15-17
第二章 系统分析设计  17-32
  2.1 系统任务原则和技术指标  17-18
    2.1.1 系统任务  17-18
    2.1.2 技术指标  18
  2.2 系统总体结构与设计方案  18-23
    2.2.1 系统的硬件设计方案  20-22
    2.2.2 系统软件设计方案  22-23
  2.3 LVDS 技术  23-25
    2.3.1 LVDS 数据接收模块  24-25
    2.3.2 LVDS 数据发送模块  25
  2.4 PCI Express 总线技术  25-27
    2.4.1 PCI Express 总线系统结构  25-26
    2.4.2 PCI Express 总线接口信号组  26-27
  2.5 PCI 总线技术  27-32
    2.5.1 PCI 总线命令  27-28
    2.5.2 PCI 总线交易  28-29
    2.5.3 PCI 设备寄存器和总线配置空间  29-32
第三章 硬件电路设计  32-55
  3.1 FPGA 协议模块设计  32-44
    3.1.1 FPGA 外围供电电路设计  33-34
    3.1.2 FIFO 的设计  34
    3.1.3 PCI 主模式模块的设计实现  34-38
    3.1.4 PCI 从模式模块的设计实现  38-42
    3.1.5 PCI 错误校验模块的设计实现  42-44
  3.2 PCI Express 接口模块  44-51
    3.2.1 接口芯片寄存器配置  45-46
    3.2.2 IDSEL 引脚的设计  46-48
    3.2.3 电源设计  48-49
    3.2.4 时钟设计  49-50
    3.2.5 链路检测电路设计  50-51
  3.3 数据接收模块设计实现  51-53
  3.4 数据发送模块设计实现  53-55
第四章 软件设计  55-68
  4.1 驱动程序设计  55-62
    4.1.1 驱动程序硬件基础  55-57
    4.1.2 驱动程序主要例程  57-60
    4.1.3 中断处理技术  60-61
    4.1.4 中断处理技术注意事项  61-62
  4.2 应用程序设计  62-68
    4.2.1 应用程序与驱动程序之间的通讯  63-64
    4.2.2 多线程设计  64-68
第五章 总结  68-71
  5.1 系统功能测试及数据分析  68-70
  5.2 结论  70-71
附录1 电路原理图  71-72
附录2 PCB 图  72-73
附录3 PCI Express 高速传输系统的实物图  73-74
参考文献  74-76
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 数据通信 > 各种数据传输系统
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