PXIExpress总线接口DMA控制器及驱动设计与实现

发布时间：2017-07-26 18:09

  本文关键词：PXIExpress总线接口DMA控制器及驱动设计与实现

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【摘要】：当前无线通信信号的组成愈加复杂,它有着带宽高、功率低、传输率高等特点,因此对其进行实时测试的难度越来越大。基于传统的PXI总线架构的实时频谱分析技术并不能满足宽频带条件下对高数据量的处理需求,传统的并行总线系统平台已经不能满足如今对信息实时性处理的要求,如何把具有高吞吐量的数据总线和高速数据传输机制应用在测试测量领域内,有着重要的现实意义。本文是在教研室研发的基于PXI总线的实时频谱分析仪的基础上,引入了基于PXIe总线的实时频谱分析仪设计。本论文主要实现基于PXIe总线的DMA控制器设计及其驱动程序的开发,实现过程中主要包括三部分,分别是PXIe连接器的硬件电路设计、在FPGA中实现PXIe总线协议和DMA控制器逻辑电路设计、根据设计好的硬件板卡进行基于WDF框架的驱动程序设计。具体来说,硬件电路设计中对PXIe硬件规范和传输协议进行了深入研究,设计了以Xilinx公司Kintex7 160t型号的FPGA为主体器件的PXIe高速接口硬件电路;逻辑设计中,为了实现数据的高速传输,引入了DMA数据传输机制,即在FPGA中实现DMA控制器的设计,包括寄存器管理和内存管理机制,重点在于简化DMA控制逻辑,构建即节约FPGA的逻辑资源又要达到数据的高效率传输,因此在DMA控制逻辑设计中用到了数据分割算法,这样对大数据量的传输提供了一种更高效的方法;驱动程序设计中,结合Windows驱动程序的原理对WDF驱动框架与运行机制进行了详细的分析,针对驱动中设备对象、主要函数和初始化等关键技术进行了探讨。在完成PXIe接口硬件板卡的调试后,把其插在NI公司开发的PXIe工控机中,然后安装自己开发的PXIe板卡驱动程序,使用Xilinx ISE14.7综合开发平台中的Chipscope软件对PXIe接口协议和DMA控制器的各个逻辑模块进行在线调试和验证。最终测试结果表明,上位机发起DMA读速率达到了5.78Gb/s,DMA写速率为13.3Gb/s,并且驱动程序可以稳定的运行在Window XP系统下,完全满足实时频谱分析仪系统的带宽要求。
【关键词】：实时频谱分析仪系统 PXI Express DMA WDF
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP336;TP334.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 国内外研究动态13-14
• 1.2.1 国内外实时信号频谱分析仪的发展状况13
• 1.2.2 仪用总线的技术发展历程13-14
• 1.3 本文的主要工作及研究内容14-15
• 1.4 论文结构安排15-17
• 第二章 PXIe相关理论与技术17-24
• 2.1 PXIe体系结构17-20
• 2.1.1 PCIe层次结构17-19
• 2.1.2 PCIe系统拓扑19-20
• 2.2 PCIe总线事务技术20-22
• 2.2.1 PCIe总线事务20
• 2.2.2 事务层协议20-22
• 2.3 PXIe驱动编程关键技术22-23
• 2.3.1 中断处理技术23
• 2.3.2 DMA传输技术23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 PXIe总线接口总体方案设计24-34
• 3.1 总体方案设计24-26
• 3.1.1 总体功能要求与技术指标24-25
• 3.1.2 总体方案25-26
• 3.2 PXIe接口硬件电路方案设计26-27
• 3.3 PXIe接口逻辑方案设计27-33
• 3.3.1 DMA控制器逻辑28-31
• 3.3.2 PXI Express接口逻辑31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 基于FPGA的PXIe总线接口的设计与实现34-55
• 4.1 PXIe硬件电路设计与实现34-39
• 4.1.1 PXIe硬件接口详细设计34-36
• 4.1.2 PXIe硬件接口电路实现36-39
• 4.2 PXIe接口逻辑设计与实现39-54
• 4.2.1 PXIe接口逻辑详细设计39-41
• 4.2.2 DMA控制器实现41-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 基于WDF驱动程序设计与实现55-66
• 5.1 WDF驱动程序设计55-59
• 5.1.1 Windows驱动程序框架55-56
• 5.1.2 WDF驱动程序基本架构56-57
• 5.1.3 设备对象及其层次57-58
• 5.1.4 Driver Entry和Evt Driver Device Add例程58-59
• 5.2 WDF驱动程序实现59-63
• 5.2.1 驱动开发平台的搭建59-61
• 5.2.2 PXIe接口驱动程序入口函数61-62
• 5.2.3 PXIe驱动程序及其设备的初始化62-63
• 5.3 DMA编程实现63-65
• 5.3.1 驱动程序中DMA实现方法63-64
• 5.3.2 DMA编程时对缓冲区的使用64
• 5.3.3 中断处理64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第六章 PXIe总线测试验证与结果分析66-76
• 6.1 测试平台搭建和测试方案66-68
• 6.2 驱动程序的调试与安装68-69
• 6.3 实时频谱分析仪系统中PXIe总线接口通信测试69-74
• 6.3.1 基于PIO方式的测试69-72
• 6.3.2 DMA功能测试72-74
• 6.4 DMA传输性能测试74-75
• 6.5 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-81

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本文编号：577662