基于PCIE总线的高速数据传输通道设计
发布时间：2020-12-29 11:00
随着无线通信技术和数字处理技术的飞速发展,开发人员越来越多地利用软件无线电思想来设计通信设备。软件无线电的设计理念是尽可能的将信号处理放在数字域用软件程序来实现,借助软件可编程的特性使得通信设备具有灵活性高、可靠性高和可扩展能力强的优点。然而随着5G等新兴的无线通信技术的商用化,软件无线电产品中需要及时处理的数据量越来越大,数据传输通道越来越多,对数据传输实时性的要求也越来越高。常应用于软件无线电平台等嵌入式系统中的传输总线如USB、以太网等因总线传输带宽有限,很容易造成数据传输的瓶颈。PCIE总线作为最新的计算机总线标准,能够满足软件无线电的数据传输需求,并能方便地应用于大部分个人计算机中。本论文正是针对软件无线电应用需求,设计了基于PCIE总线的高速数据传输通道,并将其封装成可复用的IP核,有利于降低高速数字系统的设计开发难度及重复验证成本。首先,在深入学习PCIE总线协议的基础上,确立了在FPGA上建立应用逻辑与计算机进行数据传输的系统框架。数据传输通道的设计重点为FPGA上的应用逻辑,其中又分为DMA接口逻辑和DMA控制逻辑。其次,对数据传输通道应用逻辑的各模块和软件程序进行设...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一种理想软件无线电结构
第一章绪论第一章绪论1.1课题背景与研究意义1992年，MITRE公司的JeoMitola首次提出了软件无线电（SoftwareDefinedRadio，SDR）的概念。因软件无线电灵活性高、可靠性高和可扩展能力强的优点，使其一经提出便吸引了研究人员的广泛关注。JeoMitola给出了一种理想的软件无线电平台结构，如图1-1所示[1–3]。在该理想软件无线电平台的结构中，数据的流向分为上行和下行两个方向。对于上行数据流向而言，天线从空间中接收射频信号；射频处理模块对射频信号进行滤波，放大，混频等处理，输出中频信号；模数转换器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）负责对模拟形式的中频信号进行采样，将其转换成数字信号；数字信号处理器（DigitalSignalprocessor，DSP）对接收到的数字中频信号进行解调等处理。对于下行数据流向而言，DSP对消息信号进行编码，调制等处理生成待发送的数字中频信号；数模转换器（DigitaltoAnalogConverter，DAC)将数字中频信号转换成模拟中频信号；射频处理模块将待发送的模拟中频信号进行功率放大，混频等处理，输出射频信号；最后，天线将待发送的射频信号发射到空间中。图1-1一种理想软件无线电结构但是由于现在的DSP技术还不能满足这种理想结构的要求，图1-2给出了一种现阶段广泛使用的方案[4]，在接收端，ADC之后利用专用芯片或者可编程器件实现数字下变频，然后再将经过变频的信号送给DSP做一系列处理；在发送端，对DSP处理完成的信号进行数字上变频，再将经过变频的信号送往DAC转换成模拟信号。图1-2一种现阶段广泛使用的软件无线电结构1
电子科技大学硕士学位论文驱动程序是连接硬件与软件的通信模块，它为计算机应用程序接口提供了一个通信接口。其主要功能有完成设备的初始化、处理I/O请求和硬件中断、完成DMA操作等。本设计中的驱动程序采用Windriver工具开发，可以在不深入了解操作系统的情况下，开发出功能正常的驱动程序，可以使更多的精力放在DMA控制器的开发工作上。应用程序接口为用户能够直接操作并且工作在用户模式下的软件，具有和驱动程序通信的功能，完成设备状态及DMA控制器的配置、DMA数据传输的开始与停止、数据存储方式的配置等功能。为了增强数据传输通道的可复用性，本设计将一些基本的数据传输功能封装成了DLL库，用户可以直接对其调用以实现数据传输的功能，而不需要了解其具体工作原理。3.4开发平台介绍如上文所述，数据传输通道的应用逻辑由FPGA实现，本文选取米联客公司的Kintex-7MK7325FA开发板作为应用逻辑的开发平台，开发板实物如图3-2所示。MK7325FA开发板上的8通道PCIE边缘连接器支持PCIE2.0协议的5.0GT/s的传输速度。它板载了Xilinx公司Kintex-7系类的FPGA芯片，型号为XC7K325T-FFG900i，简称K7325。K7325内部的资源如表3-1所示[36]。K7325最大支持PCIE2.0x8通道，因此，基于该开发板实现的PCIE总线数据传输通道的最大理论传输速度为4.0GB/s。图3-4MK7325FA开发板实物图26
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持国产密码算法的高速PCIe密码卡的设计与实现[J]. 赵军,曾学文,郭志川. 电子与信息学报. 2019(10)
[2]基于PCIe高速通信接口的图像处理系统设计[J]. 袁柳,李皓,李勐,涂吉. 科学技术与工程. 2019(22)
[3]应用于FPGA的PCIe接口设计与验证[J]. 周奇,宣学雷,贺光辉. 微电子学与计算机. 2019(07)
[4]UM-BUS总线测试系统中PCIe的设计与实现[J]. 孙丰霞,张伟功,周继芹,王莹. 电子技术应用. 2019(05)
[5]通用多通道高性能DMA控制器设计[J]. 梁科,李国峰,王锦,董海坤,高静,秦世才. 天津大学学报. 2008(05)
[6]软件无线电综述[J]. 肖维民,许希斌,朱健,姚彦. 电子学报. 1998(02)
博士论文
[1]软件无线电的基本理论构架[D]. 张健.电子科技大学 2000
硕士论文
[1]无线接收机中高速DMA数据传输通道的设计与实现[D]. 张芳菊.电子科技大学 2018
[2]基于PCIE总线的高速数据采集系统设计与实现[D]. 陈杨.浙江大学 2018
[3]DDR3 SDRAM控制器与PHY的设计与仿真[D]. 聂小龙.山东大学 2017
[4]基于FPGA的高速遥感卫星图像数据传输系统设计与实现[D]. 张宇嘉.华中科技大学 2016
[5]基于FPGA结构高速PCIe总线传输系统设计与实现[D]. 贺位位.电子科技大学 2016
[6]24位高分辨率数据采集模块设计[D]. 王俊苏.电子科技大学 2015
[7]基于PCIe总线高速数据传输系统的设计与实现[D]. 高俊.中国科学技术大学 2015
[8]基于PCIE的DMA高速数据传输控制器的设计与实现[D]. 曹科庭.电子科技大学 2015
[9]PCI-E总线高速数据采集卡的研制[D]. 方宝林.北京交通大学 2014
[10]基于PCI-E总线的高速数据传输与存储的系统设计[D]. 王学东.北京邮电大学 2014
本文编号：2945530
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一种理想软件无线电结构
第一章绪论第一章绪论1.1课题背景与研究意义1992年，MITRE公司的JeoMitola首次提出了软件无线电（SoftwareDefinedRadio，SDR）的概念。因软件无线电灵活性高、可靠性高和可扩展能力强的优点，使其一经提出便吸引了研究人员的广泛关注。JeoMitola给出了一种理想的软件无线电平台结构，如图1-1所示[1–3]。在该理想软件无线电平台的结构中，数据的流向分为上行和下行两个方向。对于上行数据流向而言，天线从空间中接收射频信号；射频处理模块对射频信号进行滤波，放大，混频等处理，输出中频信号；模数转换器（AnalogtoDigitalConverter，ADC）负责对模拟形式的中频信号进行采样，将其转换成数字信号；数字信号处理器（DigitalSignalprocessor，DSP）对接收到的数字中频信号进行解调等处理。对于下行数据流向而言，DSP对消息信号进行编码，调制等处理生成待发送的数字中频信号；数模转换器（DigitaltoAnalogConverter，DAC)将数字中频信号转换成模拟中频信号；射频处理模块将待发送的模拟中频信号进行功率放大，混频等处理，输出射频信号；最后，天线将待发送的射频信号发射到空间中。图1-1一种理想软件无线电结构但是由于现在的DSP技术还不能满足这种理想结构的要求，图1-2给出了一种现阶段广泛使用的方案[4]，在接收端，ADC之后利用专用芯片或者可编程器件实现数字下变频，然后再将经过变频的信号送给DSP做一系列处理；在发送端，对DSP处理完成的信号进行数字上变频，再将经过变频的信号送往DAC转换成模拟信号。图1-2一种现阶段广泛使用的软件无线电结构1
电子科技大学硕士学位论文驱动程序是连接硬件与软件的通信模块，它为计算机应用程序接口提供了一个通信接口。其主要功能有完成设备的初始化、处理I/O请求和硬件中断、完成DMA操作等。本设计中的驱动程序采用Windriver工具开发，可以在不深入了解操作系统的情况下，开发出功能正常的驱动程序，可以使更多的精力放在DMA控制器的开发工作上。应用程序接口为用户能够直接操作并且工作在用户模式下的软件，具有和驱动程序通信的功能，完成设备状态及DMA控制器的配置、DMA数据传输的开始与停止、数据存储方式的配置等功能。为了增强数据传输通道的可复用性，本设计将一些基本的数据传输功能封装成了DLL库，用户可以直接对其调用以实现数据传输的功能，而不需要了解其具体工作原理。3.4开发平台介绍如上文所述，数据传输通道的应用逻辑由FPGA实现，本文选取米联客公司的Kintex-7MK7325FA开发板作为应用逻辑的开发平台，开发板实物如图3-2所示。MK7325FA开发板上的8通道PCIE边缘连接器支持PCIE2.0协议的5.0GT/s的传输速度。它板载了Xilinx公司Kintex-7系类的FPGA芯片，型号为XC7K325T-FFG900i，简称K7325。K7325内部的资源如表3-1所示[36]。K7325最大支持PCIE2.0x8通道，因此，基于该开发板实现的PCIE总线数据传输通道的最大理论传输速度为4.0GB/s。图3-4MK7325FA开发板实物图26
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持国产密码算法的高速PCIe密码卡的设计与实现[J]. 赵军,曾学文,郭志川. 电子与信息学报. 2019(10)
[2]基于PCIe高速通信接口的图像处理系统设计[J]. 袁柳,李皓,李勐,涂吉. 科学技术与工程. 2019(22)
[3]应用于FPGA的PCIe接口设计与验证[J]. 周奇,宣学雷,贺光辉. 微电子学与计算机. 2019(07)
[4]UM-BUS总线测试系统中PCIe的设计与实现[J]. 孙丰霞,张伟功,周继芹,王莹. 电子技术应用. 2019(05)
[5]通用多通道高性能DMA控制器设计[J]. 梁科,李国峰,王锦,董海坤,高静,秦世才. 天津大学学报. 2008(05)
[6]软件无线电综述[J]. 肖维民,许希斌,朱健,姚彦. 电子学报. 1998(02)
博士论文
[1]软件无线电的基本理论构架[D]. 张健.电子科技大学 2000
硕士论文
[1]无线接收机中高速DMA数据传输通道的设计与实现[D]. 张芳菊.电子科技大学 2018
[2]基于PCIE总线的高速数据采集系统设计与实现[D]. 陈杨.浙江大学 2018
[3]DDR3 SDRAM控制器与PHY的设计与仿真[D]. 聂小龙.山东大学 2017
[4]基于FPGA的高速遥感卫星图像数据传输系统设计与实现[D]. 张宇嘉.华中科技大学 2016
[5]基于FPGA结构高速PCIe总线传输系统设计与实现[D]. 贺位位.电子科技大学 2016
[6]24位高分辨率数据采集模块设计[D]. 王俊苏.电子科技大学 2015
[7]基于PCIe总线高速数据传输系统的设计与实现[D]. 高俊.中国科学技术大学 2015
[8]基于PCIE的DMA高速数据传输控制器的设计与实现[D]. 曹科庭.电子科技大学 2015
[9]PCI-E总线高速数据采集卡的研制[D]. 方宝林.北京交通大学 2014
[10]基于PCI-E总线的高速数据传输与存储的系统设计[D]. 王学东.北京邮电大学 2014
本文编号：2945530
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/2945530.html
