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PXIExpress接口套件开发

作　者: 徐聪
导　师: 付平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: PXI Express Cyclone IV GX PCI Express CompactPCI Express Qsys NoC
分类号: TP336
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

PXI Express总线通过将PCI Express总线引入自动化测试总线领域,使得总线数据带宽大大提升,并通过添加多种高速差分时钟和触发信号,给仪器模块的设计着提供了新的高精度定时手段,可以满足很多高端测试需求。为了便于开发PXI Express总线测试设备,需要设计具有广泛适用性和易用性特点的PXI Express接口套件。本文根据PXI Express总线规范、PCI Express总线规范以及CompactPCI Express总线规范,深入探讨了PXI Express接口套件中PCI Express总线接口的四种实现方案,并总结了各方案的优缺点。确定了采用高集成度、高性能的FPGA内嵌PCI Express IP硬核的实现方案,并选定了具有低成本低功耗特性的Cyclone IV GX系列内嵌PCI Express硬核的FPGA作为本方案的核心控制芯片。为了实现设计的可重用性,降低本接口套件对于仪器功能模块设计者进行二次开发的难度,接口套件的逻辑部分采用了Qsys设计流程,并采用片上网络系统的架构。该流程的引入使得对逻辑模块进行层次化和标准化的封装成为可能,因而可以对接口套件的逻辑系统从整体到部分进行全面的可重用性设计。通过Qsys设计流程,本文完成了针对各种不同应用的,具有不同功能和性能特点的接口逻辑子系统,以及相关IP核的设计。此外,为了方便二次开发,降低采用标准化的片上总线协议带来的逻辑设计入门门槛,本文给出了仪器功能逻辑接口模板。为了验证本接口套件的正确性、稳定性和性能指标,并进一步检验可重用性设计流程的优势,本文应用PXI Express接口套件的设计方案,完成了PXI Express AD模块的开发工作,并给出了测试方案及测试结果。经测试该模块可正常工作在PCI Express x1、x2及x4通信模式,底层数据通信速度最高可达单向8Gbps,在Windows系统下实测单向带宽可达1.9Gbps。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-11
    1.1.1 PXI Express 总线简介  8-9
    1.1.2 PXI Express 总线技术优势  9-10
    1.1.3 PXI Express 总线应用前景  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-12
    1.2.1 国外研究现状  11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 主要研究内容与本文结构  12-14
第2章总体设计方案  14-21
  2.1 需求分析  14-15
  2.2 方案论证  15-18
  2.3 基于QSYS 的逻辑开发流程  18-20
    2.3.1 Qsys 开发流程的优势  18-19
    2.3.2 NoC 架构的优势  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第3章 PXI EXPRESS 接口硬件电路设计  21-30
  3.1 COMPACTPCI EXPRESS 信号的接口电路  21-25
    3.1.1 PCI Express 信号接口电路  21-22
    3.1.2 电源管理相关信号接口电路  22-24
    3.1.3 系统管理总线相关信号接口电路  24
    3.1.4 其他信号（槽位识别，系统槽识别）接口电路  24-25
  3.2 PXI-1 信号接口电路  25
  3.3 PXI EXPRESS 信号接口电路  25-27
    3.3.1 时钟基准接口电路  25-26
    3.3.2 差分星形触发信号接口电路  26-27
  3.4 电源系统设计  27-29
  3.5 本章小结  29-30
第4章 PXI EXPRESS 接口逻辑设计  30-51
  4.1 基于QSYS 的PXI EXPRESS 接口方案  30-32
  4.2 PXI EXPRESS 接口子系统设计方案  32-47
    4.2.1 接口子系统结构  32-35
    4.2.2 PCI Express IP 硬核  35-41
    4.2.3 时钟源、触发源控制与槽位识别功能IP 核设计  41-43
    4.2.4 系统管理总线控制器IP 核设计  43-47
  4.3 仪器功能逻辑接口模板设计  47-49
    4.3.1 控制状态寄存器组访问模块设计方案  47-48
    4.3.2 DMA 模式存储器读写模块设计方案  48-49
  4.4 本章小结  49-51
第5章应用实例及测试  51-60
  5.1 应用实例  51-54
  5.2 槽位识别测试  54
  5.3 PCI EXPRESS 链路底层通信速率测试  54-56
  5.4 非DMA 模式读写速度及误码率测试  56-57
  5.5 DMA 模式下读写速度及误码率测试  57-58
  5.6 200MSA/S AD 功能电路测试  58-60
结论  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-66
致谢  66

PXIExpress接口套件开发

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