SOPC在PCI總線高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隨著戰(zhàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜程度越來越高，偵察與通信系統(tǒng)的融合成為一種必然的發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)量大、算法復(fù)雜是數(shù)字化偵察接收系統(tǒng)的主要特征。使用DSP和FPGA進(jìn)行高速信號譜分析、濾波等預(yù)處理，借助通用計(jì)算機(jī)平臺實(shí)現(xiàn)信號的分選、顯示等后處理是一種理想的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。因此，如何構(gòu)建與PC機(jī)間的高速數(shù)據(jù)通道，便成了偵察接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題之一。PCI （Peripheral CompONent Interconnect）總線，即外圍部件互連總線，是目前應(yīng)用最廣泛的一種高速同步總線，在32位總線寬度33Mz時(shí)鐘下，其理論最大傳輸速率可達(dá)132Mbyte/s （64位總線寬度66MHz時(shí)可達(dá)到528Mbyte/s），因此成為上述偵察接收系統(tǒng)中高傳輸速率、低成本PC接口的首選實(shí)現(xiàn)方式。目前，實(shí)現(xiàn)PCI總線接口的常用方法有兩種：一是采用專門的PCI橋芯片實(shí)現(xiàn)PCI接口，如PLX公司的PCI905X系列芯片等；二是使用可編程芯片實(shí)現(xiàn)PCI接口。

　　集成電路技術(shù)的發(fā)展使得可編程芯片成本越來越低、資源越來越豐富，用戶可將PCI橋和其它用戶邏輯在一片可編程芯片上實(shí)現(xiàn)，其中后者不需要額外的PCI橋芯片，系統(tǒng)硬件電路得以簡化，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性更高，進(jìn)而可以縮短系統(tǒng)開發(fā)周期?；谝陨峡紤]，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，并采用直接存儲器訪問（DIRect Memory Access,DMA）傳輸方式來提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

1 PCI總線接口方案設(shè)計(jì)

　　在PCI總線接口標(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總線標(biāo)準(zhǔn)中，由PC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸、讀/寫PCI接口卡的模式稱為從模式。這種模式只要求PCI接口設(shè)備具備PCI從設(shè)備的功能，接口邏輯相對較簡單；主模式是由PCI接口卡主動讀寫PC內(nèi)存，PCI接口的邏輯相對復(fù)雜。頻繁地要求PC發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸會占用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/寫物理地址連續(xù)變化（讀存儲器空間）或不變化（讀IO口），PC端的物理存儲地址連續(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/寫地址和長度都可以不同，它采用一個(gè)寄存器鏈表存儲每個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀/寫起始地址和長度，DMA傳輸過程中自動從該鏈表加載地址和長度信息。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)，乒乓切換信號通知CPU數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，CPU通過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DMA控制器，DMA控制器讀口從乒乓RAM中讀數(shù)據(jù)，寫口將數(shù)據(jù)寫至PCI總線訪問端，PCI總線接口單元申請并獲得PCI總線訪問權(quán)，將數(shù)據(jù)送上PCI總線。