fpga实现pcie高速数据采集系统论文

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1、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一5LXIlOT芯片上利用Vefilog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、IPCore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

2、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。关键词：FPGAPCI．E高速数据采集DMAAbs仃actTllisdissertationshowshowtobuildaPCI-Ehigh-speeddataacquisitionsystemwithFPGA．WiththeknowledgeofPCI—Ebusspecificationandmodularization

3、idea，werealizePCI—EtransactionmoduleandhardwareacquisitionmoduleusingVerilogHDLonthechipofVirtex-5LXl0TproducedbyXilinxhe．Thenthesetwomodulesalongwiththedata-receivingsottwarearecombinedtogetherasthehigh—speeddataacquisitionsystem．1f11edissertationemphasizesparticularlyontherealizationofPCI-E

4、transactionmoduleandraiseaplanwithFPGA．Inthisdissertation，theprocessesofPCI-Econfiguration，DMAtransaction，IPCoresettingarediscussedindetail，thenthetestresultsoftransactionmoduleunderthecircumstancesofChipScope，DebugView，andVS2005arelisted．Finally，thehigh—speeddataacquisitionsystemisprovedtobe

5、apracticalanduniversalsystem．硼1ehigh-speeddataacquisitionsystemintroducedinthisdissertationisputintoservic2，andsolvesthedataacquisitionproblemsturnedupintheproject．1f11erealizationmethodandverificationstrategyusedinthesystemprovidesomereferencetodesignsofthiskind，andagreatmanyapplicationsCanb

6、erealizedbaseonthissystem．．Keywords：FPGAPCI-EHigh-SpeedDataAcquisitionDMA第一章绪论1．1选题背景高速数据采集系统广泛地应用于航天、航空、铁路等领域，其主要功能是采集各类外部信号，之后输入计算机进行处理并得到处理的结果，信号的采集频率一般在200MHz以上。一般的高速数据采集系统包含AD转换芯片、FPGA、DSP和总线接口等部分，其中的AD转换芯片主要是为了将模拟信号转换为方便传输和处理的数字信号；FPGA和DSP实现数据的实时处理；总线接口是信号进入计算机的通道。随着行业的发展，高速数据采集系统需要采集的数

7、据量越来越大，速度也越来越高。论文中介绍的高速数据采集系统要求以250MHz的采集频率同时接收16路外部数据，并将其输入计算机进行下一步处理，接收的外部数据属于数字信号，不需要使用AD芯片进行模／数转换。对于250MHz的采集频率来说，LVDS接口完全可以满足要求；现行的主流FPGA工作频率可以达到500MHz左右，对数据的实时处理也不是问题；但常用的总线接口叫CI接口的传输速率则无法达到要求的250M：*16=4Gb／s的高速。因此系统的关键就在于使用FPGA实现高速总线接口，