SOPC實(shí)現(xiàn)的PCI總線(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

　　本文提出一種采用可編程片上系統(tǒng)(SySTem-On-Programmable-Chip,SOPC)實(shí)現(xiàn)偵察接收機(jī)PCI總線(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并采用直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DIRect Memory Access,DMA)傳輸方式來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　1 PCI總線(xiàn)接口方案設(shè)計(jì)

　　在PCI總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)起者所在位置，PCI接口有從模式和主模式兩種工作模式。根據(jù)工作方式的不同，DMA傳輸方式可分為連續(xù)式DMA (Continuous DMA)和集散式DMA(Scatter-Gather DMA)兩種。

　　1.1 PCI模式的選擇

　　PCI總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中，由PC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸、讀/寫(xiě)PCI接口卡的模式稱(chēng)為從模式。這種模式只要求PCI接口設(shè)備具備PCI從設(shè)備的功能，接口邏輯相對(duì)較簡(jiǎn)單;主模式是由PCI接口卡主動(dòng)讀寫(xiě)PC內(nèi)存，PCI接口的邏輯相對(duì)復(fù)雜。頻繁地要求PC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸會(huì)占用PC的資源，為了減少PC的負(fù)擔(dān)，使其有更多的資源用于后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理，在偵察接收系統(tǒng)中，PCI接口卡的傳輸模式選擇主傳輸模式。

　　1.2 DMA傳輸方式的選擇

　　DMA是提高數(shù)據(jù)傳輸速率和微處理器使用效率的一種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。連續(xù)式DMA用于實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)塊的傳輸，即在一次DMA傳輸中設(shè)備端讀/寫(xiě)物理地址連續(xù)變化(讀存儲(chǔ)器空間)或不變化(讀IO口)，PC端的物理存儲(chǔ)地址連續(xù)變化。集散式DMA用于實(shí)現(xiàn)不連續(xù)數(shù)據(jù)塊的傳輸，各傳輸數(shù)據(jù)塊的起始讀/寫(xiě)地址和長(zhǎng)度都可以不同，它采用一個(gè)寄存器鏈表存儲(chǔ)每個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀/寫(xiě)起始地址和長(zhǎng)度，DMA傳輸過(guò)程中自動(dòng)從該鏈表加載地址和長(zhǎng)度信息。集散模式DMA應(yīng)用靈活，其缺點(diǎn)是在傳輸完一個(gè)數(shù)據(jù)塊之后要重新配置DMA控制寄存器的值，速度比連續(xù)模式稍慢。在偵察接收系統(tǒng)中，DMA傳輸模式選擇連續(xù)式傳輸模式。

　　1.3 PCI總線(xiàn)DMA傳輸方案設(shè)計(jì)

　　PCI接口總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)輸入到乒乓RAM緩沖區(qū)，乒乓切換信號(hào)通知CPU數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，CPU通過(guò)PCI橋的控制狀態(tài)寄存器判斷PC端是否備妥，如PC備妥則配置并啟動(dòng)DMA控制器，DMA控制器讀口從乒乓RAM中讀數(shù)據(jù)，寫(xiě)口將數(shù)據(jù)寫(xiě)至PCI總線(xiàn)訪問(wèn)端，PCI總線(xiàn)接口單元申請(qǐng)并獲得PCI總線(xiàn)訪問(wèn)權(quán)，將數(shù)據(jù)送上PCI總線(xiàn)。

　　2 PCI總線(xiàn)接口的SOPC實(shí)現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　PCI總線(xiàn)接口的SOPC內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)現(xiàn)PCI總線(xiàn)DMA傳輸系統(tǒng)使用到4類(lèi)功能模塊，分別是實(shí)現(xiàn)PCI橋邏輯的pci_comiler組件(pci_c ompiler)、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腄MA控制器(dma)、控制整個(gè)SOPC的NiosII處理器(cpu)及其數(shù)據(jù)程序存儲(chǔ)器(onchip_mem)，以及SOPC和外部用戶(hù)邏輯通信的接口模塊(BA1、DMARD和datardy)，上述組件通過(guò)avalon總線(xiàn)連接在一起組成SOPC。