基于PEX8311 PCIE總線的高速圖像采集系統(tǒng)設(shè)計

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 FPGA邏輯程序
使用Verilog編寫FPGA邏輯控制程序，共有5個底層模塊和1個頂層模塊。每個模塊負責(zé)不同的功能。頂層模塊為PCIE_CAMLINK模塊，它通過調(diào)用其他模塊的功能來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能；CAMLINK模塊用來控制Camera Link接口的讀寫；DoubleSdcon模塊用來控制SDRAM芯片的使能和讀寫，實現(xiàn)圖像的乒乓操作；FIFO模塊用來緩沖數(shù)據(jù)和匹配各芯片的工作速度；C_16450模塊進行串行到并行的轉(zhuǎn)換，完成對CamLink相機的控制；PEX8311-LOCAL模塊用來控制PCI—Express接口部分的讀寫，也就是對PEX8311芯片進行控制，對PEX8311的控制是實現(xiàn)PCI—Exp-ress總線的關(guān)鍵。
設(shè)計中是通過編寫狀態(tài)機(FSM，F(xiàn)inite State Machine)來對PEX8311的讀寫進行控制的。圖3為PEX8311的單周期讀寫的Verilog HDL語言時序控制狀態(tài)機設(shè)計。狀態(tài)0為空閑狀態(tài)，如本地總線請求信號LHOLD被置為1，則轉(zhuǎn)到狀態(tài)1，否則停留在狀態(tài)0。狀態(tài)1為總線保持狀態(tài)，在此狀態(tài)下應(yīng)將本地總線響應(yīng)信號LHOLDA置為1。如ADS信號為0且LW／R為1轉(zhuǎn)到狀態(tài)2；如ADS信號為0且LW／R和BLAST都為1轉(zhuǎn)到狀態(tài)3，為單周期讀狀態(tài)。狀態(tài)2為單周期寫狀態(tài)，在此狀態(tài)下要置READY信號0，以表示寫數(shù)據(jù)有效，在BLAST為0時轉(zhuǎn)到狀態(tài)3。狀態(tài)3為讀寫完成操作狀態(tài)，當(dāng)LHOLD被置為0時，表明PEX8311不再請求本地總線，轉(zhuǎn)到狀態(tài)0，當(dāng)BLAST為0且LHOLD為1時，表明PEX8311還要進行讀寫數(shù)據(jù)，則轉(zhuǎn)到狀態(tài)1繼續(xù)。

3．2 驅(qū)動程序
PCI—E總線與PCI總線在軟件層是完全兼容的，因此PCI—E總線驅(qū)動程序的開發(fā)過程與PCI設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)過程是一樣的。本設(shè)計使用VC++6．0和開發(fā)工具包Driver Studio(DS)進行驅(qū)動程序的開發(fā)。DS可以集成到Visual C++環(huán)境中，針對特定的應(yīng)用生成相應(yīng)的驅(qū)動程序框架，在編程中采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，極大地提高了編程效率。
驅(qū)動程序主要完成的功能：1)設(shè)備的初始化，找到所要控制的硬件，在驅(qū)動程序?qū)ο笾性O(shè)置驅(qū)動程序分發(fā)例程的程序入口點，建立所有驅(qū)動程序?qū)ο蠡蚱渌到y(tǒng)資源；2)創(chuàng)建設(shè)備對象，利用AddDevice函數(shù)創(chuàng)建了一個設(shè)備對象，并將其連接到以PD0為底的設(shè)備堆棧中；3)中斷的響應(yīng)與處理，完成對外部硬件中斷的響應(yīng)并將中斷信息傳遞給應(yīng)用程序；4)DMA操作，完成DMA的讀寫操作并在DMA傳輸結(jié)束后產(chǎn)生DMA中斷，通過響應(yīng)的DMA中斷，將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)送到外部總線或應(yīng)用程序。

4 實驗結(jié)果
通過編寫上位機程序?qū)ο到y(tǒng)的傳輸性能進行測試，測試的基本原理是上位機生成一批數(shù)據(jù)然后從計算機的PCI-Express接口寫到PEX8311再寫到FIFO，最后寫到SDBAM中，然后上位機再從SDRAM中讀回剛才寫入的數(shù)據(jù)，比較讀和寫入的數(shù)據(jù)是否一致就能判斷系統(tǒng)的讀寫是否正確，并且測試數(shù)據(jù)的傳輸速率。經(jīng)過一段時間的測試，系統(tǒng)最大傳輸速度達到180 MB／s，滿足了本系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)的傳輸要求。

5 結(jié)論
本文設(shè)計了基于PCI Express總線的CamLink接口的高速圖像采集系統(tǒng)，在完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計后，編寫了FPGA的邏輯控制程序，并開發(fā)了驅(qū)動程序和上位機應(yīng)用程序。系統(tǒng)采用PCI Express總線實現(xiàn)硬件電路與計算機之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。接口芯片采用PLX公司推出的第一款PCI Express橋接芯片PEX8311。實驗結(jié)果表明，設(shè)計的硬件系統(tǒng)滿足高速圖像傳輸?shù)囊?，并且性能穩(wěn)定。