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FPGA实现的PCI-E高速数据采集系统

作 者: 侯冰
导 师: 王海; 李立
学 校: 西安电子科技大学
专 业: 控制工程
关键词: FPGA PCI-E 高速数据采集 DMA
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 241次
引 用: 1次
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内容摘要


本论文介绍了一种FPGA实现的PCI-E高速数据采集系统的设计方法。在深入分析PCI-E总线协议的基础上,使用模块化的设计思想,在Xilinx公司的Virtex-5LX110T芯片上利用Verilog语言编程实现了PCI-E传输模块和硬件采集模块的设计,并与数据接收软件组成了高速数据采集系统。论文侧重于PCI-E传输模块的实现,提出了FPGA的实现方案。根据实现方案,详细论述了PCI-E总线配置空间、DMA传输、IP Core设置和调用等过程,并在ChipScope、DebugView和VS2005等软件环境下对传输模块的功能、性能和稳定性进行了测试和验证。结果表明,FPGA实现的PCI-E高速数据采集系统完全能够满足实用性、通用性的要求。论文中介绍的高速数据采集系统已经投入工程应用,并成功解决了工程中遇到的数据采集问题。系统中用到的实现方法和验证策略对于此类设计有一定的参考价值和借鉴意义,以此系统为基础,可以设计出很多种扩展应用。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 选题背景  7
  1.2 计算机总线概述  7-9
  1.3 PCI-E 系统体系结构及 PCI-E 接口的实现方案  9-12
  1.4 论文主要工作  12-13
第二章 PCI-E 总线结构及基本操作  13-25
  2.1 PCI-E 总线结构的特点  13-16
  2.2 PCI-E 总线的分层协议  16-20
    2.2.1 事务处理层  16-18
    2.2.2 数据链路层  18-19
    2.2.3 物理层  19-20
  2.3 PCI-E 总线的 TLP  20-22
    2.3.1 TLP 头  20-21
    2.3.2 TLP 的类型  21
    2.3.3 TLP 的传输方式  21-22
    2.3.4 TLP 的路由  22
  2.4 PCI-E 总线的配置空间  22-24
  2.5 PCI-E 总线的 DMA 读写  24-25
第三章 PCI-E 接口的 FPGA 实现  25-47
  3.1 PCI-E IP Core 的使用  25-33
    3.1.1 IP Core 的基本设置  25-29
    3.1.2 配置接口信号  29-31
    3.1.3 数据接口信号  31-33
  3.2 用户逻辑  33-47
    3.2.1 BAR 空间  34-36
    3.2.2 DMA 控制逻辑  36-43
    3.2.3 采集卡的传输延时、带宽与效率分析  43-47
第四章 高速数据的硬件采集部分  47-53
  4.1 采集部分的结构  47
  4.2 串并转换模块  47-50
  4.3 异步 FIFO 模块  50-53
第五章 软件部分的数据收发与测试  53-57
  5.1 FPGA 验证结果  53-55
  5.2 驱动验证结果  55-56
  5.3 客户端数据文件验证结果  56-57
第六章 总结与展望  57-59
致谢  59-61
参考文献  61-64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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