基于FPGA实现的PCI数据采集卡的研究
摘要
本文在分析PCI规范的基础上，开发出基于PCI总线的高速数据采集卡。用FPGA实现了33MHz、32位的PCI协议，并设计了用FPGA控制高速A/D转换器的电路，构成一个PCI数据采集系统，开发了系统的设备驱动程序。采用FPGA实现PCI协议和控制A/D转换器，使系统设计非常灵活、硬件成本低和可靠性高，具有很高的性价比。FPGA设计采用自上向下的设计方法，选用VHDL对电路进行描述，并在EDA工具下综合和仿真，使得较为复杂的电路设计能在短期内完成。
Based on the analysis of PCI Specification, this paper has developed a PCI high-speed data acquirement system. The paper not only implements a 33M, 33 bit PCI protocol but also designs high-speed AID the circuit by using FPGA controlling which composes a data acquirement system, and develops device drives. Some advantages of the method which implement PCI bus and A/D control circuit using FPGA lie in flexible system, low cost, high reliability and high quality. This FPGA design introduces the method which is from top to button, describes the digital circuit using VHDL, synthesizes and emulates using EDA tools. So that we can complete complex design in short time by using these methods.
Based on the analysis of PCI Specification, this paper has developed a PCI high-speed data acquirement system. The paper not only implements a 33M, 33 bit PCI protocol but also designs high-speed AID the circuit by using FPGA controlling which composes a data acquirement system, and develops device drives. Some advantages of the method which implement PCI bus and A/D control circuit using FPGA lie in flexible system, low cost, high reliability and high quality. This FPGA design introduces the method which is from top to button, describes the digital circuit using VHDL, synthesizes and emulates using EDA tools. So that we can complete complex design in short time by using these methods.
引文
1. PCILocal Bus Specification,Revision2.2,1998
2．岳海霞，图像压缩系统的开发与研究，华北工学院硕士论文，2000
3．岳海霞、韩焱、庞彦伟，MPEG—2视频编码器的硬件实现方法，华北工学院测试技术学报，VOL．15，2001
4．戴梅萼、史嘉权，卫星计算机技术及应用，清华大学出版社，1995
5．孟宪元，可编程ASIC集成数字系统，电子工业出版社，1998：1-2
6．路而红，电子设计自动化应用技术，北京希望电子出版社，2000．1
7．李海，PCI设备Windows通用驱动程序设计，计算机应用，2000．1：19-22
8．沈兰荪、陈彬，视频采集卡Windows95驱动程序的设计，国外电子技术，1999．4
9．田志刚、陈桂林，虚拟设备驱动程序及其在视频采集卡中应用，光学精密工程，1999
10．彭礼孝，虚拟设备驱动程序开发起步与进阶，人们邮电出版社，2000
11．李博，Windows98下硬件驱动程序的开发，测控技术，2000：38-40
12．祝东文、吴东，一种基于FPGA的神经网络的实现，无线电工程师，VOL．30 2000
13．姚松、杨兆选，数据采集卡的研制和应用，自动化仪表，第16期，2001
14．郭英辉、祁载康，高速数据采集卡及其接口电路设计，电子技术应用，第19期，1999
15．李本亮，Windows95下高速数据采集系统的设计，电子技术，第11期，1998
16．韩学超，采用DMA技术实现的高速数据采集系统，电子技术，第9期，2000
17．李玉山、陈颖琪，图象数据采集系统及其ASIC设计，电子测量与仪器学报，第9卷，1995
18．蒋蜀革、王宇、李洪弟、王砚方，高速视频采集卡的研制，数据采集与处理，VOL．12，1997
19．方粮、尹佳斌、黄克勋，PCI总线设计与实现的几个关键问题，计算机工程与科学，第23卷第2期，2001年
20．金永贤，新型高速数据采集方法研究，华东交通大学学报，VOL．12，2002
21．李衍忠、向敬成，双路100MHz高速数据采集系统的设计与实现，系统工程与电子技术，VOL．22 2000
22．王江，基于PCI总线的网卡的硬件设计，电声技术，第10期，2000
23．唐越平、吴艳梅，一种基于FIFO芯片PCI总线插卡的设计方法，计算机自动测量与控制，第8期，2000
24．李桦，基于PCI总线的实时图像传输，《红外》月刊，第10期，2000
25. E.Finkelstein and S.Weiss, Implementation of PCI-Based systems using programmablelogic, IEE Proc. Circuits DevicesSyst,Vol, 147,No.,,June,2000
26. Rhad Finkelstein and Shlomo Wesis,PCI interface Implementation Using CPLD and FPGA Devices,El(?)trical Engineering,2000
27. MAXIM,MAX 1425 Data Book,2000
28. XILINX,The Real-PCI Design Guide V3.0,1999
29. XILINX,The Programmable Logic Data Book,2000
30. AlteraCorporation,Data Book.2000
31. CPRESS Semi Corp,PCI Target Design Using Ultra3000 CPLDs.2000
32. Lattice Semiconductor Corp. Lattice Semiconductor Data Book. 1996
33. Victor P. Nelson,Digital Logic Circuit Analysis&Design, 1997
34. Kevin Skahiil,VHDL Techniques,Experiments and Caveats. 1996
35. Andrew Rushton.VHDL for logic Synthesis, 1998
36. Actel,Actel's Family Field Programmable Logic Data Book, 1996
37. Jean P. Mermet, VHDL for Simulation,Synthesis and Fotura Proofs of Harware, 1992
38. JanVanhoof, High-level ynthesis or eal-timeDigital Signal Processing, 1993
39. Douglas L.Perry,VHDL,清华大学出版社，1997
40．王小军，VHDL简明教程，清华大学出版社，1997
41．杨辉，大规模可编程集成逻辑器件与数字系统设计，北京航空航天出版社，1998
42．候伯亨，VHDL硬件描述语言数字系统设计，西安电子科技大学出版社，1999
43．杨之廉，超大规模集成电路设计方法学导论，清华大学出版社，1999
44．杜江洪、徐重阳，基于PCI总线数据分路／发送机制及实现，华中理工大学学报，2000
45．白风山、潘长勇，可编程器件在虚拟示波器中的应用，内蒙古大学学报(自然科学版)，2001
46．侯孝民、王元钦、李刚、欧宏武，一种高速数据采集系统的设计，数据采集与处理，2001
47．韩学超，DMA技术实现的高速数据采集系统，电子技术，第9期，2000
48．毕有明、杨铁梅，线阵CCD高速数据采集与处理系统，太原重型机械学院学报，2000
49．郭朝华、李华旺，一种并行存储系统的FPGA实现，电子技术应用，第9期，2000
50．麻红梅，一种基于PCI总线的实时、高速数据通讯系统，现代电子技术，第12期，2001
51．赵少华、黄瑞光，基于PCI总线的小波视频压缩卡内设计与实现，计算机工程与应用，2001
52．张义和，Protel Schematic 98电脑辅助电路设计教程，青岛出版社，1999
53．张义和，Protel PCB 98电脑辅助电路设计教程，青岛出版社，1999
54．马明建等，数据采集与处理技术，西安交通大学出版社，1998，
55．姚嘉等，CPLD在超高速数据采集系统中的应用，电子技术应用，P58～59，No．10，1998
56．郑蕾，电子设计自动化(EDA)与现场可编程门阵列(FPGA)，电子技术应用，P5～6，No．10，1997
57．高密度可编程逻辑器件开发指南，西安电子科技大学EDA实验室，1999
58．刘笃仁等，在系统可编程技术及其器件原理与应用，西安电子科技大学出版社，1999
59．潘松，CPLD／FPGA在电子设计中的应用前景，电子技术应用，P6～8，No．7，1999
2．岳海霞，图像压缩系统的开发与研究，华北工学院硕士论文，2000
3．岳海霞、韩焱、庞彦伟，MPEG—2视频编码器的硬件实现方法，华北工学院测试技术学报，VOL．15，2001
4．戴梅萼、史嘉权，卫星计算机技术及应用，清华大学出版社，1995
5．孟宪元，可编程ASIC集成数字系统，电子工业出版社，1998：1-2
6．路而红，电子设计自动化应用技术，北京希望电子出版社，2000．1
7．李海，PCI设备Windows通用驱动程序设计，计算机应用，2000．1：19-22
8．沈兰荪、陈彬，视频采集卡Windows95驱动程序的设计，国外电子技术，1999．4
9．田志刚、陈桂林，虚拟设备驱动程序及其在视频采集卡中应用，光学精密工程，1999
10．彭礼孝，虚拟设备驱动程序开发起步与进阶，人们邮电出版社，2000
11．李博，Windows98下硬件驱动程序的开发，测控技术，2000：38-40
12．祝东文、吴东，一种基于FPGA的神经网络的实现，无线电工程师，VOL．30 2000
13．姚松、杨兆选，数据采集卡的研制和应用，自动化仪表，第16期，2001
14．郭英辉、祁载康，高速数据采集卡及其接口电路设计，电子技术应用，第19期，1999
15．李本亮，Windows95下高速数据采集系统的设计，电子技术，第11期，1998
16．韩学超，采用DMA技术实现的高速数据采集系统，电子技术，第9期，2000
17．李玉山、陈颖琪，图象数据采集系统及其ASIC设计，电子测量与仪器学报，第9卷，1995
18．蒋蜀革、王宇、李洪弟、王砚方，高速视频采集卡的研制，数据采集与处理，VOL．12，1997
19．方粮、尹佳斌、黄克勋，PCI总线设计与实现的几个关键问题，计算机工程与科学，第23卷第2期，2001年
20．金永贤，新型高速数据采集方法研究，华东交通大学学报，VOL．12，2002
21．李衍忠、向敬成，双路100MHz高速数据采集系统的设计与实现，系统工程与电子技术，VOL．22 2000
22．王江，基于PCI总线的网卡的硬件设计，电声技术，第10期，2000
23．唐越平、吴艳梅，一种基于FIFO芯片PCI总线插卡的设计方法，计算机自动测量与控制，第8期，2000
24．李桦，基于PCI总线的实时图像传输，《红外》月刊，第10期，2000
25. E.Finkelstein and S.Weiss, Implementation of PCI-Based systems using programmablelogic, IEE Proc. Circuits DevicesSyst,Vol, 147,No.,,June,2000
26. Rhad Finkelstein and Shlomo Wesis,PCI interface Implementation Using CPLD and FPGA Devices,El(?)trical Engineering,2000
27. MAXIM,MAX 1425 Data Book,2000
28. XILINX,The Real-PCI Design Guide V3.0,1999
29. XILINX,The Programmable Logic Data Book,2000
30. AlteraCorporation,Data Book.2000
31. CPRESS Semi Corp,PCI Target Design Using Ultra3000 CPLDs.2000
32. Lattice Semiconductor Corp. Lattice Semiconductor Data Book. 1996
33. Victor P. Nelson,Digital Logic Circuit Analysis&Design, 1997
34. Kevin Skahiil,VHDL Techniques,Experiments and Caveats. 1996
35. Andrew Rushton.VHDL for logic Synthesis, 1998
36. Actel,Actel's Family Field Programmable Logic Data Book, 1996
37. Jean P. Mermet, VHDL for Simulation,Synthesis and Fotura Proofs of Harware, 1992
38. JanVanhoof, High-level ynthesis or eal-timeDigital Signal Processing, 1993
39. Douglas L.Perry,VHDL,清华大学出版社，1997
40．王小军，VHDL简明教程，清华大学出版社，1997
41．杨辉，大规模可编程集成逻辑器件与数字系统设计，北京航空航天出版社，1998
42．候伯亨，VHDL硬件描述语言数字系统设计，西安电子科技大学出版社，1999
43．杨之廉，超大规模集成电路设计方法学导论，清华大学出版社，1999
44．杜江洪、徐重阳，基于PCI总线数据分路／发送机制及实现，华中理工大学学报，2000
45．白风山、潘长勇，可编程器件在虚拟示波器中的应用，内蒙古大学学报(自然科学版)，2001
46．侯孝民、王元钦、李刚、欧宏武，一种高速数据采集系统的设计，数据采集与处理，2001
47．韩学超，DMA技术实现的高速数据采集系统，电子技术，第9期，2000
48．毕有明、杨铁梅，线阵CCD高速数据采集与处理系统，太原重型机械学院学报，2000
49．郭朝华、李华旺，一种并行存储系统的FPGA实现，电子技术应用，第9期，2000
50．麻红梅，一种基于PCI总线的实时、高速数据通讯系统，现代电子技术，第12期，2001
51．赵少华、黄瑞光，基于PCI总线的小波视频压缩卡内设计与实现，计算机工程与应用，2001
52．张义和，Protel Schematic 98电脑辅助电路设计教程，青岛出版社，1999
53．张义和，Protel PCB 98电脑辅助电路设计教程，青岛出版社，1999
54．马明建等，数据采集与处理技术，西安交通大学出版社，1998，
55．姚嘉等，CPLD在超高速数据采集系统中的应用，电子技术应用，P58～59，No．10，1998
56．郑蕾，电子设计自动化(EDA)与现场可编程门阵列(FPGA)，电子技术应用，P5～6，No．10，1997
57．高密度可编程逻辑器件开发指南，西安电子科技大学EDA实验室，1999
58．刘笃仁等，在系统可编程技术及其器件原理与应用，西安电子科技大学出版社，1999
59．潘松，CPLD／FPGA在电子设计中的应用前景，电子技术应用，P6～8，No．7，1999