基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)

摘要 論述了基于FPGA的PCI數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)，板卡實(shí)現(xiàn)了查詢(xún)、中斷和DMA等多種方式讀取數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的緩存，還有效地解決了對(duì)數(shù)據(jù)高速采集、傳輸?shù)男枨?，設(shè)計(jì)采用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制邏輯，減少了開(kāi)發(fā)周期，并可在線修改設(shè)計(jì)和進(jìn)行設(shè)計(jì)升級(jí)。
關(guān)鍵詞 FPGA；PCI；數(shù)據(jù)采集

數(shù)字信號(hào)處理的出現(xiàn)改變了信息與信號(hào)處理技術(shù)，而數(shù)據(jù)采集作為數(shù)字信號(hào)處理的前期工作，在整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中起到關(guān)鍵性作用。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集是指從待測(cè)設(shè)備中自動(dòng)采集信息的過(guò)程。圖1顯示了基于PC機(jī)的典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各項(xiàng)組成部分。

選用PC機(jī)作為控制系統(tǒng)操作平臺(tái)，為了能和外部設(shè)備通信，PC機(jī)提供了外置的USB、串口、并口及內(nèi)置的ISA、PCI等接口。PCI總線接口速度快、系統(tǒng)占用率低，有完備的即插即用管理體制，是目前計(jì)算機(jī)插卡式外設(shè)總線的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。本文利用FPGA通過(guò)PCI接口芯片與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，F(xiàn)PGA外接FIFO存儲(chǔ)器，A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在FIFO中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速采集與連續(xù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)流的輸出。

2 數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計(jì)
PCI數(shù)據(jù)采集板卡的硬件整體框架如圖2所示。

2．1 PCI總線接口設(shè)計(jì)
PCI總線是一個(gè)地址／數(shù)據(jù)、命令／字節(jié)選擇信號(hào)復(fù)用的總線。它采用主從信號(hào)雙向握手的方式來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，其接口電路設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)總線接口電路設(shè)計(jì)有較大的差別，所以必須嚴(yán)格遵守PCI總線規(guī)范所規(guī)定的技術(shù)規(guī)范。本文采用PLX公司的PC19054作為PCI總線的接口控制器。PCI9054是專(zhuān)用的PCI接口芯片，它主要是將復(fù)雜的PCI時(shí)序轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的時(shí)序。
2．2 FPGA設(shè)計(jì)
FPGA設(shè)計(jì)用超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言(Very High Speed Integrated Circuit hardware Dessription Language，VHDL)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)軟件選用Quartus II。VHDL設(shè)計(jì)主要分為：總線讀寫(xiě)設(shè)計(jì)，A／D控制設(shè)計(jì)，D／A控制設(shè)計(jì)，定時(shí)／計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)及DIO設(shè)計(jì)。