医用ct三维重建系统中pcie数据传输接口的fpga设计与实现

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1、工学硕士学位论文医用CT三维重建系统中PCIE数据传输接口的FPGA设计与实现庹伟哈尔滨工业大学2008年12月国内图书分类号：T-47国际图书分类号：621.0.049.77工学硕士学位论文医用CT三维重建系统中PCIE数据传输接口的FPGA设计与实现硕士研究生：庹伟导师：张岩教授申请学位：工学硕士学科、专业：微电子学与固体电子学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2008年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:T-47U.D.C:621.0.049.77DissertationfortheMast

2、erDegreeofEngineeringPCIEDATATRANSMISSIONINTERFACE’SFPGADESIGNANDIMPLEMENTATIONIN3DCONE-BEAMCTRECONSTRUCTIONCandidate:TuoWeiSupervisor:Prof.ZhangYanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MicroElectronicsAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence

3、:December,2008Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着计算机处理器、显卡核心、FPGA加速器等器件的数据处理速率越来越快，人们对数据的吞吐量产生了越来越高的要求。在医用CT三维重建系统中FPGA硬件加速器对数据传输速率要求很高，传统的PCI、PCI-X总线已无法满足系统的性能需求。因此我们选择了第三代总线PCIE(PCIExpress)作为系统的数据传输接口，PCIE体系结构继承了第二代总线体系结构最

4、有用的特点，并且采用了一些新的技术成果。使得它的数据吞吐率可以达到很高的程度：单条链路有效数据速率为2Gb/s。它同时还可以有多条链路。并且它与PCI具有后向兼容性，所以能直接用于当前的操作系统，也可以直接采用PCI设备的驱动程序。本文的主要目标是实现PCIE的数据传输，满足FPGA加速器对高速数据传输的需求。论文首先对PCIE协议进行了分析与研究，分析了各种数据包的格式与功能，根据其对数据处理功能的不同按三层进行了剖析，这三层包括：传输层，数据链路层和物理层。在此基础上研究了XILINX的PCIEIP核的功能及产生与使用方

5、法。最后实现了LocalInterface接口模块的设计，LocalInterface相当于PCIE分层协议的第四层：应用层，它是PCIE中传输数据的起源地或目的地。在本论文中LocalInterface的作用是通过它连接PCIE和存储器，实现两者之间的数据交换。存储器中暂存FPGA加速器需要处理的以及处理完的数据。该模块包含一个接收器和一个发送器，分别进行TLP(TransactionLayerpacket)的解码和编码。接收器解码接收到的数据包，发送器把主机需要的信息编码成PCIE能够识别的数据包。LocalInterf

6、ace模块用ISE综合后最大工作频率可以达到370MHz，能够充分满足实际工作频率125MHz的要求。LUT使用了379个单元。最后利用windrv生成PCIE的驱动程序，在PC机上成功实现了数据的读写，为建立完整的FPGA加速器系统提供了试验基础。关键词PCIE；传输层；数据链路层；物理层；windows驱动I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapidincreasingofCPU,videocardandFPGAaccelerator,themassivedatahastobetransfer

7、redfrequentlyinthesystem.TheFPGAacceleratorinthesystemof3Dimageconstructionofhelicalcone-beamCTrequiresveryhugeofdatatransferrate,thetraditionaryPCIandPCI-Xbushasbeenunabletomeetrequirementsofthesystemperformance.SowechoosethePCIE(PCIExpress)asthedatatransferinterf

8、ace.PCIEisthethirdgenerationofbustechnology.PCIEarchitectureinheritedthemostusefulfeaturesofPCIthesecond-generationbusarchitecture,italsousesomen