基于PCI总线的高速实时连续测试系统的研究

发布时间：2022-07-22 19:51

　　在现代雷达、制导与引信、高能物理、声纳处理等科研领域，目标试验数据不仅是检验算法有效性的重要依据，而且也是算法修正的依据；综合测试系统是获取和保存目标试验数据的主要设备，在现代科学研究中的地位和作用日益重要，已经成为外场试验的基本条件和关系到试验成败的关键因素之一。 针对这种现状，本文设计了一种基于PCI总线的高速连续测试系统，实现了对4路模拟信号的并行采集和存储，每路采样分辨率可达16位、采样率可达20MHz，可连续进行数小时数据采集，总存储容量达到数T且可扩展。 文中介绍了测试系统的发展现状、构建测试系统的常用技术、PCI总线协议、接口规范和接口方法，分析了目前制约PCI总线在高速连续测试领域应用的因素，探讨克服这些因素的方法。本文选用实时数据流存储卡实现数据实时存盘；设计了高速数据采集卡和高速数据回放卡，完成数据的采集和回放，控制采集卡和回放卡的数据通过Scatter／Gather DMA实现基于PCI总线的数据交换。 本文重点论述了基于FPGA的PCI数据采集卡、回放卡的设计，采集卡、回放卡和实时数据流存储卡高速数据交换的实现。重点论述了包括模拟电路的设计、板... 

【文章页数】：128 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 自动测试系统的发展
    1.3 基于总线技术测试系统的发展
        1.3.1 CAMAC总线系统
        1.3.2 GPIB(General Purpose Interface Bus)总线系统
        1.3.3 VXI总线系统
        1.3.4 PCI／CPCI／PXI总线系统
    1.4 开展本课题目的和意义
    1.5 本课题所完成的工作
2 本测试系统需求分析
    2.1 自动测试系统的详细分析
        2.1.1 测试系统的构成
        2.1.2 测试系统的主要性能指标
    2.2 本系统所测信号
        2.2.1 雷达回波信号
        2.2.2 本系统的测试对象
        2.2.3 本系统中将用到的名词术语
    2.3 系统设计目标
        2.3.1 系统功能描述
        2.3.2 系统设计指标
    2.4 系统设计原则
3 系统实现的策略研究和方案分析
    3.1 系统的分层模型
    3.2 系统难点剖析
    3.3 系统高速实时连续数据存储的实现方案
        3.3.1 传统的数据存储方案
        3.3.2 传统实现方法的缺点
        3.3.3 系统方案改进思路
        3.3.4 基于实时数据流存储卡的系统实现方案
    3.4 数据采集和数据回放功能的实现方案
        3.4.1 高速数据转换电路方案
        3.4.2 高速数据缓冲电路
            3.4.2.1 缓冲区类型
            3.4.2.2 高速缓存的构建方法
            3.4.2.3 本设计缓冲区的构建
    3.5 PCI总线接口技术
        3.5.1 PCI总线的系统结构
        3.5.2 PCI总线的接口信号
        3.5.3 PCI总线的操作时序
        3.5.4 DMA传输模式
        3.5.5 PCI接口控制器的实现
        3.5.6 PCI接口电路选择
    3.6 基于PCI总线的高速数据存传送和数据链路层实现方法
    3.7 本文测试系统的总体思路
    3.8 基于FPGA技术与HDL语言
        3.8.1 FPGA技术
        3.8.2 HDL语言
        3.8.3 FPGA技术和HDL语言在本系统中的应用
4 基于FPGA的硬件系统和PCI数据传输详细设计
    4.1 测试系统的总体结构
        4.1.1 硬件系统的组成
        4.1.2 模块划分
    4.2 模拟子卡的设计
        4.2.1 模拟调理电路设计
        4.2.2 信号转换电路设计
    4.3 PCI母卡的总体设计
    4.4 板上缓存的设计
        4.4.1 缓存的容量
        4.4.2 缓存的组织结构
    4.5 PCI接口的设计
        4.5.1 PCI9056主要特性
        4.5.2 PCI9056本地总线工作模式
        4.5.3 PCI9056的数据传送模式
        4.5.4 PCI9056的作用
        4.5.5 PCI9056接口电路
        4.5.6 PCI本地资源配置
    4.6 数据流的组织
        4.6.1 数据信启、内容
        4.6.2 数据流的组织结构
    4.7 数据链路层数据传送的实现
        4.7.1 Scatter／Gather模式
        4.7.2 高速连续数据存储／回放
        4.7.3 丢帧控制
    4.8 FPGA控制逻辑设计与仿真
        4.8.1 FPGA和PCI Local Bus接口
        4.8.2 切换信号switch的产生
        4.8.3 SRAM控制
        4.8.4 控制信息的组织实现
        4.8.5 Scatter／Gather Descriptor Table(SGDT)的构建
        4.8.6 SGDT的刷新和SCATTER／GATHER DMA的实现
    4.9 可靠性设计与可测性设计
        4.9.1 可靠性设计
        4.9.2 测性设计
    4.10 PCB设计实现
        4.10.1 电源地线网络的设计
        4.10.2 信号传输效应的处理
        4.10.3 电磁干扰和抑制
5 驱动程序和应用软件的设计与实现
    5.1 驱动程序概述
    5.2 基于Windriver的驱动程序的开发
    5.3 驱动程序的实现
        5.3.1 驱动程序的流程
        5.3.2 SGDT的初始化
        5.3.3 本系统驱动程序的组成
    5.4 软件系统介绍
        5.4.1 数据采集模块
        5.4.2 硬件回放模块
        5.4.3 软件回放模块
    5.5 本章小结
6 高速测试系统调试与性能评估
    6.1 系统调试环境建立
    6.2 硬件层调试
        6.2.1 光板测试和上电前的测试
        6.2.2 模拟电路的调试
        6.2.3 转换电路的调试
        6.2.4 数字部分的调试
    6.3 基于FPGA的系统调试
        6.3.1 基于SignalTapⅡ的调试
        6.3.2 PCI9056和FPGA的BURST读写
        6.3.3 其它控制逻辑的调试
    6.4 数据链路层系统调试
        6.4.1 基于PLX Monitor的系统调试
        6.4.2 PCI数据传送
    6.5 应用层系统调试
    6.6 系统性能评估
        6.6.1 转换有效位
        6.6.2 丢帧率／数据吞吐率
    6.7 小结
7 结束语
    7.1 结论
    7.2 下一步研究方向
参考文献
作者在读期间科研成果简介
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]数据采集卡WDM设备驱动程序的设计与开发[J]. 杨龙,董绪荣.  装备指挥技术学院学报. 2005(06)
[2]基于Windriver Kernel PlugIn的驱动程序设计[J]. 宋玉贵,王世凯,李海.  西安工业学院学报. 2005(04)
[3]自动测试系统的总线技术[J]. 史金霞.  现代仪器. 2005(04)
[4]虚拟仪器总线技术的发展及其前景[J]. 管士亮.  中国现代教育装备. 2005(07)
[5]EDA技术及其应用[J]. 董传岱,赵波,李震梅.  山东理工大学学报(自然科学版). 2005(03)
[6]低速器件实现高速数据采集[J]. 任天平,朱小谦.  创新科技. 2004(10)
[7]EDA技术在数字系统设计中的应用[J]. 武卫华.  电子质量. 2004(06)
[8]超高速数据采集技术发展现状[J]. 马海潮.  测试技术学报. 2003(04)
[9]高速数据采集系统中高速缓存与海量缓存的实现[J]. 鲍晓宇,施克仁,洪玉萍,张伟.  国外电子元器件. 2003(07)
[10]超高速数据采集时钟分系统的设计与实现[J]. 马宏,杨文革.  装备指挥技术学院学报. 2003(03)

硕士论文
[1]通用CompactPCI/PXI接口技术研究[D]. 刘红.四川大学 2005
[2]基于PCI总线微机接口系统研究[D]. 李远红.华中科技大学 2005



本文编号：3665236