PCI总线技术在工控数据采集系统中的高速应用探究
基于PCI总线的高速数据采集系统设计与实现
摘要：本文介绍了一种基于PCI总线的高速数据采集传输系统，并讨论了PCI总线的性能及其在三种不同的传输模式中的应用。该系统的硬件实现和采用DMA传输方式实现数据传输的设计细节也被详尽地描述。
关键词：PCI总线，DMA，数据采集
数据采集系统结构与功能
本文中提到的数据采集系统主要用于处理雷达视频回波信号。这一任务需要对两路正交视频回波信号进行双通道采样。所需指标包括每路10位A/D转换器的40M个样本/秒以及16位数字化信号，每路合成32位后分别存储于不同区域内以便后续处理。该系统采用PCI总线作为基础，并通过DMA方式将32位数据分散至各自区域内存。此外，该系统包含以下几个主要模块：PCI接口、双口SRAM、EPLD（配置逻辑）和A/D转换部分。
PCI总线技术概述
PCI（Peripheral Component Interconnect）是一种地址/数据复用型局部总线，它支持主从设备之间进行突发或单周期访问。在设计时，需要考虑到地址译码、命令译码以及控制信号产生等方面。为了确保兼容性和性能，本文选用了PLX公司生产的专用接口芯片——PCI9054来完成这些功能。
主-从模式操作
主模式允许CPU直接访问外设，而从模式则使得主设备能够访问配置寄存器或内存空间。在使用时，可以选择不同的操作，如延迟读取或提前读取，以优化通信效率。
DMA操作原理
PCA9054提供两个独立且可编程的DMA通道，可以同时执行从局部到PCI及反之方向的大量并行传输。这两个通道都能支持8、16或者32bit局部带宽设置，以及其他高级特性如FIFO管理和中断控制等。
采样控制与驱动程序开发
为了提高效率，本文采用了DMA传输模型。一旦开始采样，IDT7130双口SRAM就负责收集1KB×8字节大小的一组数据。当SRAM满载时，由EPM7128 EPLD生成一个请求来获取局部控制权，然后利用DMA启动机制将这1KB大小的一组原始未经处理过的声音波形写入到PCIE9054上下行FIFO缓冲区，从而完成一次完整的心脏声音捕捉过程。此外，还要注意编写相应驱动程序以便软件层面上的调用与管理，这里使用Windriver框架来简化这一过程。
结论：
通过对比ISA 总线技术不足之处，以及 PCI 总线在速度优势上的显著提升，本论文展示了如何有效地利用 PCI 总线为 高速 数据 采 集 系统 提 供 基 础 设 计 方法 与 实 现 技术。本设计不仅解决了实时性的问题，而且还大幅度提高了整个工作站平台上的整体性能，为多个行业领域提供了一套完备、高效且灵活可扩展 的解决方案。随着计算能力持续增长，我们预计这种基于 PCI 总 线 的 高 速 数 据 采 集 系 统 将 会 在 未 来 有 更 多 广泛 应 用 前景。
