基于PCI总线的ROIC数据采集系统研究
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摘要
读出电路是非致冷焦平面列阵的重要组成部分，如何准确、迅速地定量测试评价读出电路的性能，对于研制和改进其质量，提高焦平面列阵的整体性能有重要意义。重庆大学光电器件研究室通过多年的研究，在读出电路的设计方面形成了自己的特色，在国内同行业中有一定的地位。本课题所研究的采集系统是读出电路配套部分，该采集系统的初步研制成功将能促进读出电路(ROIC)测试、评价技术的发展，对非致冷焦平面列阵的研制及红外焦平面列阵(IRFPA)成像质量提高起到积极的推动作用。
PCI总线作为一种高性能的局部总线，现在是PC机的主流总线，由32位升级到64位后将在5-8年内维持PC机主流总线的地位。而目前各种数据传输率较低的总线都将被淘汰，各个CPU及主板芯片生产商已经不再专门支持曾经风光一时的ISA总线，ISA总线的信号采集系统也将迅速被市场淘汰。因此，本课题设计基于PCI总线的高速、高精度ROIC信号采集系统。
论文介绍了PCI总线发展和特点，对PCI总线自动配置机制作了阐述。对于PCI总线接口的两种主要实现方法：复杂可编程逻辑器件和专用接口芯片，本课题都展开了大量工作。其中，采用PLXTech公司的PCI专用接口控制芯片PLX9050完成了基于PCI总线的ROIC信号采集系统软、硬设计和调试。针对PLX9050的数据传输速率不理想的问题给出自己的解释，并给出了采用PLX9054实现的改进方案。并且本课题还完成了难度较大的复杂可编程逻辑器件上实现的PCI硬核(CORE)设计，并对该设计进行了部分逻辑时序的仿真和验证。
设备驱动程序的设计是采集系统开发过程中的一个重要环节，是硬件功能正常实现的保证，它不仅与所要设计的硬件设备有关，而且还涉及操作系统的内核。本论文简要描述了Windows 98/2000系统体系结构及WDM模式的设备驱动程序的组成，介绍了设备驱动程序的常用开发工具，然后结合实际课题讨论了PCI设备驱动程序开发、调试，最后简述设备驱动程序的安装。
As an important device of information acquisition, IRFPA is being applied widely. ROIC is one of the most important portions of IRFPA. It is important for ROIC and IRFPA evaluation to acquire precise data rapidly. That will prompt ROIC development and research.
How to collected the ROIC and IRFPA 's signals in high performance? It is necessary to push out a new system to satisfy its requirement. Fortunately, a new advanced computer local bus (PCI bus) was introduced by Intel Corporation in 1993. PCI bus can transfer data in 132 MB/S, overcome the speed problem of ISA bus. The project is to design an ROIC Signal acquisition system based on PCI bus.
In this paper the fundamental theories of ROIC, property of PCI bus are introduced. Focuses on one key techniques of PCI bus: auto Configuration technology. Usually there are two methods to interface to PCI bus, one is by CPLD, and the other is with ASIC chips. The project is designed with PLX 9050 chip and ameliorated with PLX9054. PCI core is designed for CPLD.
Device driver is the bridge to hardware and Windows 98/2000. The paper describes Windows98/2000 system structure and the driver's function, introduces some popular driver development kit, such as DDK, Soft ICE, and WinDriver. Then analyzes the common problem what will meet in PCI device driver development and their solutions. At the last chapter, introduces the applied program including PCI bus access and ROIC signals acquisition.
PCI总线作为一种高性能的局部总线，现在是PC机的主流总线，由32位升级到64位后将在5-8年内维持PC机主流总线的地位。而目前各种数据传输率较低的总线都将被淘汰，各个CPU及主板芯片生产商已经不再专门支持曾经风光一时的ISA总线，ISA总线的信号采集系统也将迅速被市场淘汰。因此，本课题设计基于PCI总线的高速、高精度ROIC信号采集系统。
论文介绍了PCI总线发展和特点，对PCI总线自动配置机制作了阐述。对于PCI总线接口的两种主要实现方法：复杂可编程逻辑器件和专用接口芯片，本课题都展开了大量工作。其中，采用PLXTech公司的PCI专用接口控制芯片PLX9050完成了基于PCI总线的ROIC信号采集系统软、硬设计和调试。针对PLX9050的数据传输速率不理想的问题给出自己的解释，并给出了采用PLX9054实现的改进方案。并且本课题还完成了难度较大的复杂可编程逻辑器件上实现的PCI硬核(CORE)设计，并对该设计进行了部分逻辑时序的仿真和验证。
设备驱动程序的设计是采集系统开发过程中的一个重要环节，是硬件功能正常实现的保证，它不仅与所要设计的硬件设备有关，而且还涉及操作系统的内核。本论文简要描述了Windows 98/2000系统体系结构及WDM模式的设备驱动程序的组成，介绍了设备驱动程序的常用开发工具，然后结合实际课题讨论了PCI设备驱动程序开发、调试，最后简述设备驱动程序的安装。
As an important device of information acquisition, IRFPA is being applied widely. ROIC is one of the most important portions of IRFPA. It is important for ROIC and IRFPA evaluation to acquire precise data rapidly. That will prompt ROIC development and research.
How to collected the ROIC and IRFPA 's signals in high performance? It is necessary to push out a new system to satisfy its requirement. Fortunately, a new advanced computer local bus (PCI bus) was introduced by Intel Corporation in 1993. PCI bus can transfer data in 132 MB/S, overcome the speed problem of ISA bus. The project is to design an ROIC Signal acquisition system based on PCI bus.
In this paper the fundamental theories of ROIC, property of PCI bus are introduced. Focuses on one key techniques of PCI bus: auto Configuration technology. Usually there are two methods to interface to PCI bus, one is by CPLD, and the other is with ASIC chips. The project is designed with PLX 9050 chip and ameliorated with PLX9054. PCI core is designed for CPLD.
Device driver is the bridge to hardware and Windows 98/2000. The paper describes Windows98/2000 system structure and the driver's function, introduces some popular driver development kit, such as DDK, Soft ICE, and WinDriver. Then analyzes the common problem what will meet in PCI device driver development and their solutions. At the last chapter, introduces the applied program including PCI bus access and ROIC signals acquisition.
引文
[1] 苏君红，郑为建．红外线的二百年—从科学探索到技术创新．红外技术，2001，23(1)：1～2
[2] 蔡毅，汤锦亚．对红外热成像技术发展的几点看法．红外技术，2000，22(2)：2～6
[3] 吴诚，苏君红，潘顺臣等．非致冷红外焦平面技术评述(下)红外技术，1999，21(2)：1～3
[4] 吴诚，苏君红，潘顺臣等．非致冷红外焦平面技术评述(上)红外技术，1999，21(1)：6～9
[5] 王海．非致冷固体成像技术的发展．红外，1999，(4)：1～4
[6] 苏吉儒，魏建华，庄继胜．21世纪的非致冷热成像技术，红外与激光工程，1999，(6)：41～45
[7] W．Radford，应用于微测辐射热计的非致冷型320×240元焦平面阵列．红外，1998,(2)：1～10
[8] 邵式平．室温型热释电红外探测器焦平面阵列新进展．红外与激光工程，1998，(4)：33～36
[9] 苏君红．迎接红外技术新的挑战，．红外技术，1999，21(4)：2
[10] 袁祥辉，固体图像传感器极其应用，重庆：重庆大学出版社，1996 25～36
[11] 陈昆峰，汪永忠，应承平．红外探测器的噪声测量．红外技术，1997，19(6)：
[12] 董亮初，丁瑞军，何震凯等．红外焦平面参数定义和测试方法的讨论．红外与激光工程，1997，26(3)：15～16
[13] 《红外焦平面测试评价技术研究》课题组．焦平面探测器测试与评价．上海：中国科学院上海技术物理研究所，1995：2
[14] 《红外焦平面测试评价技术研究》课题组．焦平面探测器测试与评价．上海：中国科学院上海技术物理研究所，1995：27～63
[15] 邹继鑫，曾允明，吕朝晖．64×4TDICCD读出电路的测试．集成电路通讯，1997，(2)：8～9
[16] 陈利学等编著，微机总线与接口设计，成都：电子科技大学出版社，1998(6)15～40
[17] 唐玉华，PCI总线的传输协议概述，计算机工程与科学，1998(5)
[18] Intel微处理器结构、编程和接口技术，北京：机械工业出版社，1998
[19] PCI Local Bus Specification Revision 2.0, PCI SIG ,1993 40～55
[20] PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification, PCI SIG, April 1994 20～75
[21] PCI Local Bus Specification Revision 2.1, 2.2 PCI SIG ,1998
[22] T. Shanty D, Anderson. PCI System Architecture (Third Edition), New York 2～80
[23] Chris Cant著，Windows WDM设备驱动程序开发指南，北京：机械工业出版社，2000
[24] Art Baker著，Windows NT设备驱动程序设计指南，北京：机械工业出版社，1999
[25] 李海，PCI设备Windows通用驱动程序设计，电子技术，1999，9
[26] WinDriver Developer's Guide, KRFTech, Inc, March 1999
[27] PlxMon User's Guide, PLX Technology, Inc, March 1999
[28] PCI 9050-1 Data Book(Version 2.01), PLX Technology. Inc, 2001 1-1-10-1
[29] PCI9050 RDK Hardware Reference Manual, PLX Technology, Inc, 1999
[30] 沈兰逊，高速数据采集系统的原理与应用，北京：人民邮电出版社，1995，30-40
[31] ALTERA可编程逻辑器件及其应用北京：清华大学出版社．80-100
[32] 杨春林基于PCI的SSPA图像采集系统重庆大学，硕士论文，1999
[33] PCI 9054 Data Book (Version 2.01), PLX Technology. Inc, 2001 1-1～10-1
[34] www.opencore.com
[35] www.cadance.com,
[36] www.eda.com
[37] www.linux.com
[38] www.ni.com
[2] 蔡毅，汤锦亚．对红外热成像技术发展的几点看法．红外技术，2000，22(2)：2～6
[3] 吴诚，苏君红，潘顺臣等．非致冷红外焦平面技术评述(下)红外技术，1999，21(2)：1～3
[4] 吴诚，苏君红，潘顺臣等．非致冷红外焦平面技术评述(上)红外技术，1999，21(1)：6～9
[5] 王海．非致冷固体成像技术的发展．红外，1999，(4)：1～4
[6] 苏吉儒，魏建华，庄继胜．21世纪的非致冷热成像技术，红外与激光工程，1999，(6)：41～45
[7] W．Radford，应用于微测辐射热计的非致冷型320×240元焦平面阵列．红外，1998,(2)：1～10
[8] 邵式平．室温型热释电红外探测器焦平面阵列新进展．红外与激光工程，1998，(4)：33～36
[9] 苏君红．迎接红外技术新的挑战，．红外技术，1999，21(4)：2
[10] 袁祥辉，固体图像传感器极其应用，重庆：重庆大学出版社，1996 25～36
[11] 陈昆峰，汪永忠，应承平．红外探测器的噪声测量．红外技术，1997，19(6)：
[12] 董亮初，丁瑞军，何震凯等．红外焦平面参数定义和测试方法的讨论．红外与激光工程，1997，26(3)：15～16
[13] 《红外焦平面测试评价技术研究》课题组．焦平面探测器测试与评价．上海：中国科学院上海技术物理研究所，1995：2
[14] 《红外焦平面测试评价技术研究》课题组．焦平面探测器测试与评价．上海：中国科学院上海技术物理研究所，1995：27～63
[15] 邹继鑫，曾允明，吕朝晖．64×4TDICCD读出电路的测试．集成电路通讯，1997，(2)：8～9
[16] 陈利学等编著，微机总线与接口设计，成都：电子科技大学出版社，1998(6)15～40
[17] 唐玉华，PCI总线的传输协议概述，计算机工程与科学，1998(5)
[18] Intel微处理器结构、编程和接口技术，北京：机械工业出版社，1998
[19] PCI Local Bus Specification Revision 2.0, PCI SIG ,1993 40～55
[20] PCI-to-PCI Bridge Architecture Specification, PCI SIG, April 1994 20～75
[21] PCI Local Bus Specification Revision 2.1, 2.2 PCI SIG ,1998
[22] T. Shanty D, Anderson. PCI System Architecture (Third Edition), New York 2～80
[23] Chris Cant著，Windows WDM设备驱动程序开发指南，北京：机械工业出版社，2000
[24] Art Baker著，Windows NT设备驱动程序设计指南，北京：机械工业出版社，1999
[25] 李海，PCI设备Windows通用驱动程序设计，电子技术，1999，9
[26] WinDriver Developer's Guide, KRFTech, Inc, March 1999
[27] PlxMon User's Guide, PLX Technology, Inc, March 1999
[28] PCI 9050-1 Data Book(Version 2.01), PLX Technology. Inc, 2001 1-1-10-1
[29] PCI9050 RDK Hardware Reference Manual, PLX Technology, Inc, 1999
[30] 沈兰逊，高速数据采集系统的原理与应用，北京：人民邮电出版社，1995，30-40
[31] ALTERA可编程逻辑器件及其应用北京：清华大学出版社．80-100
[32] 杨春林基于PCI的SSPA图像采集系统重庆大学，硕士论文，1999
[33] PCI 9054 Data Book (Version 2.01), PLX Technology. Inc, 2001 1-1～10-1
[34] www.opencore.com
[35] www.cadance.com,
[36] www.eda.com
[37] www.linux.com
[38] www.ni.com