基于PCI-E总线的多板卡高速互连技术研究

发布时间：2020-03-30 00:25

【摘要】：红外成像技术具有抗干扰能力强,昼夜均可工作的特点,被广泛应用于各个领域。但是近年来随着半导体技术的飞速发展,红外探测器正极速地朝着大面阵、高帧频、高分辨率的方向发展。由此带来,在红外采集系统中数据量呈爆发性、几何式的增长,为后续的数据采集、处理都带来极大的挑战。本文结合高速红外采集系统与PCI-E总线技术,构建了一个多板卡高速互连系统,进行高速的红外数据采集。系统由四个部分组成:红外探测器、FPGA多功能视频采集板、DSP数据处理板和主机。该系统具有如下两大显著特点:1、在多板卡高速互连系统中主机作为RC设备,FPGA多功能视频采集板与DSP数据处理板作为两个EP设备。不仅实现了高速红外视频数据从FPGA多功能视频采集板到主机的DMA传输;更是创新性的实现了从FPGA多功能视频采集板到DSP数据处理板,两个EP设备之间的DMA传输。2、在多板卡高速互连系统中设计了一块FPGA多功能视频采集板。该板卡具有光纤、Camera Link和PCI-E等丰富的外设接口。不仅可以实现从探测器或相机获取图像并发往主机的高速视频采集,还可以配合主机作为一个模拟视频源,将采集的视频通过该板卡进行模拟输出。经过实验与测试本文设计的多板卡高速互连系统可以稳定、可靠地实现红外视频的实时采集与显示。其中FPGA多功能视频采集板可以完美地从红外探测器采集红外视频,并将视频数据通过PCI-E总线分别发往DSP视频处理板与主机;主机实现实时显示并存储采集的红外视频。
【图文】：

总线,并行总线,差分,列点

随着现代电子技术的不断发展，在互连领域中大势所趋的使用高速差分并行总线；相对于单端并行总线，高速差分总线具有时钟频率更快，信，总线带宽更大的优点[25]。PCI 总线使用并行总线的结构，总线上所有享这一条总线的带宽；而 PCI-E 总线则使用高速差分总线，并采用端到方式。PCI-E 总线由于采用了端到端差分总线的连接方式，其体系结构统的 PCI 总线有着显著的差别。 PCI-E 总线系统的拓扑结构如图 2.1 所示，为一个常见的通用处理器系统的 PCI-E 总线拓扑结构，列点到点的链路设备互连而成，基本的组成单元包括：处理器(CPU)、(RootComplex)、内存(Memory)、端点(Endpoint)、交换器(Switch)、PCIExI 桥片(PCI Express-PCI Bridge)等。

层次结构图,总线,层次结构

其他 Switch 的上游端口相连。(EP)：在 PCI-E 总线系统中，基于 PCI-E 总线的设备，就务中，EP 充当请求者或者完成者的身份[28]。一般将 EPLegacy EP。其中 Native EP 不支持 IO 和锁定事务，仅有P 支持 IO 事务，，不仅有 MSI 中断还有传统中断。I Express-PCI 桥片：PCI Express-PCI 桥片简称为 PCI-E 桥：a)将 PCI-E 总线转换为 PCI 总线，以连接 PCI 设备。在供 PCI 总线接口，当需要连接 PCI 总线的外设时，就需要I 总线转换为 PCI-E 总线(称为 ReverseBridge)，连接 PC PCI-E 总线的低端处理器，当需要与 PCI-E 设备互连时，将 PCI 总线转换为 PCI-E 总线。总线的层次结构
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN215;TP391.41

【参考文献】