教你设计pci总线的高速数据采集卡(基于pci9054)

教你设计PCI总线的高速数据采集卡（基于PCI9054）

2007-03-13 21:02

眼下有不少场合需要用到PCI总线的数据采集卡，下面我就来谈一下设计PCI数采卡的原理及要点。

首先我要以我的实际经验，纠正存在于很多人心里的几个误区：

1．设计PCI采集卡要通读PCI协议。

相信有很多初学者都在这个地方被吓住了，几百页的英文要通读并理解谈何容易！其实PCI协议处理的这部分功能已经被PCI接口芯片完成了，如PLX公司的9054、9056和9052等等，它封装了PCI协议的细节，我们只需要控制这颗接口芯片local端的几个控制线就可以完成PCI总线的数据传输。PCI协议也有它的用处，我们只需要在某些需要注意的地方查阅一下相关章节即可，比如PRSNT1#和PRSNT2#引脚至少要有一个下拉，才能识别到卡，这就是PCI协议中的规定。

2． PCI卡布线很复杂，一不小心就可能不成功。

其实对于32位33MHz的PCI总线来说，布线相对比较简单，只要稍加注意就不会出问题。比如：PCI总线的时钟线要做成2500（+/-100）mil，这个是要注意的一点，一般PCI卡上的蛇行弯曲走线就是这条线，因为走直线距离一般都达不到此长度。其他要求，比如地址和数据线要在1500mil以内，其实你超过一些也没什么问题，不要超太多就好了。

3． PCI卡的驱动程序编写很难。

其实无论是软件还是硬件设计，都有一些相对成熟的资料可以参考。对驱动程序来说也是这样，对实际项目的开发没有几个是从头到尾自己在编代码，都可以在网上找到一些成熟的代码，然后自己修改一下即可，况且PCI卡的驱动程序又相对比较成熟，可参考的资料也较多。所以你要从网上找代码，向PCI接口芯片的供应商要代码，等收集到足够多的代码，再配以适当的教材（比如对于windows2000/XP系统下的WDM驱动程序，可以参考武安河老师的教材就足够），就可以进行你自己的驱动设计了。

下面我再针对具体应用谈谈PCI采集卡的设计：

一般数采卡的情况是将A/D转换后的数据通过PCI总线上传到PCI机，然后利用

上层的软件进行分析处理。

这里通常会将一片FPGA与PCI接口芯片相连，对于很多应用来说，PCI总线端向主机上传的速度远远大于A/D通过FPGA处理后的数据向9054传送的速度。比如如果采用PCI9054的DMA方式，向主机上传的带宽很轻松可以达到100MB/s。这是因为比较常用的A/D转换器的位数为8bit，10bit，12bit等，而PCI总线的宽度为32bit。另一方面PCI总线的频率为33MHz，一般应用的A/D也一般远小于此值，这样算下来，PCI总线的带宽自然要富余很多，设计起来还是比较轻松的。

对于8位的A/D来说，如果要完全利用PCI总线的32位宽度的话，需要在FPGA 内做数据宽度转换的模块。当然对带宽要求比较低的场合，也可以直接把A/D

的八位数据线直接连到PCI的32位数据线的低8位，但这样做是不值得推荐的，对PCI资源也是极大的浪费，况且该宽度转换模块并不复杂，只有几个锁存器就可以解决，也可以用FIFO来实现。

另外，为了将数据通过PCI总线上传，FPGA内要做PCI接口芯片的 local端的控制逻辑模块。所谓local端，就是指PCI9054开放给设计者的端口，主要包括这几条控制信号线：ADS#，blast#, lwr, lhold, lholda, ready, reset#。相对于local端的另一端是PCI总线端，也就是连到PCI卡金手指的那些信号，这是标准的PCI总线。也就是说，我们只需要通过控制local端的区区几个控制信号，就可以达到控制复杂的PCI总线的目的，而这个从local端到PCI端的映射工作，就是由9054来完成的。

当然，要使9054工作起来，要编写它的驱动程序，无非就是打开设备，初始化设备，设备读写，中断服务程序，关闭设备，这几步，可以先找些现成的驱动程序来看，把这几步的代码实现理清楚，然后把每一步搞懂就可以了。其实主要操作也就是读写9054的各个寄存器，这些可以参照芯片的datasheet来读，上面有寄存器的详细描述。我在这里主要说明一种数采卡的设计原理，以后有时间会继续探讨驱动程序编写的一些问题。