基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑设计

摘要

随着信息技术的发展，数字信号的采集与处理在科学研究、工业生产、航空航天、医疗卫生等部门得到越来越广泛的应用，这些应用中对数字信号的传输速度提出了比较高的要求。传统的基于ISA总线的信号传输效率低，严重制约着系统性能的提高。 PCI总线以其高性能、低成本、开放性、软件兼容性等众多优点成为当今最流行的计算机局部总线。但是，由于PCI总线硬件接口复杂、不易于接入、协议规范比较繁琐等缺点，常常需要专用的接口芯片作为桥接，为了解决这一系列问题，本文提出了一种基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的实现方案，支持PCI突发访问方式，突发长度为8至128个双字长度，核心FPGA芯片采用ALTERA公司的CYCLONE FPGA系列的EP1C6Q240C8，容量为6000个逻辑宏单元，速度为-8，编译后系统速度可以达到80MHz，取得了良好的效果。 基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑的核心是PCI接口模块。在硬件方面，特别讨论了PCI接口模块、地址转换模块、数据缓冲模块、外部接口模块和SRAM DMA控制模块等五个功能模块的设计方案和硬件电路实现方法，着重分析了PCI接口模块的数据传输方式，采用模块化的方法设计了内部控制逻辑，并进行了相关的时序仿真和逻辑验证，硬件需要软件的配合才能实现其功能，因此设备驱动程序的设计是一个重要部分，论文研究了Windows XP体系结构下的WDM驱动模式的组成、开发设备驱动程序的工具以及开发系统实际硬件的设备驱动程序时的一些关键技术。 本文最后利用基于FPGA的PCI总线接口桥接逻辑中的关键技术，对PCI数据采集卡进行了整体方案的设计。该系统采用Altera公司的cyclone Ⅱ系列FPGA实现。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1计算机总线技术的简介

1.2 PCI总线简介及信号定义

1.3 PCI总线操作及总线协议

1.3.1 PCI总线的传输控制

1.3.2 PCI的编址

1.4配置空间的编程模式

1.4.1配置空间结构

1.4.2配置空间功能

1.4.3设备的控制及状态寄存器

1.5驱动程序的发展及NT组件构成

1.6 WDM驱动程序的初始化

1.6.1设备和驱动程序的层次结构

1.6.2设备的识别

1.7本文所做的工作

第二章系统总体设计

2.1系统整体设计

2.2面临的主要技术问题

第三章PCI接口逻辑设计

3.1 PCI接口核逻辑设计

3.1.1配置空间寄存器设置

3.1.2奇偶校验

3.1.3地址数据控制

3.2 FIFO的设计

3.3接口状态机的设计

3.4 SignalTapⅡ的使用以及时序波形采集

3.5 SRAM DMA操作方式实现

第四章WDM驱动程序

4.1 WDM驱动程序的选择

4.2利用DriverWorks开发驱动程序

4.2.1利用向导生成框架

4.2.2驱动程序的修改

4.2.3 IRP处理模型及向下传递

4.2.4本设计的IRP处理

4.3应用程序的设计与驱动程序的交互

4.3.1设备打开以及关闭操作

4.3.2设备的中断

4.3.3设备停止

4.3.4设备的删除

4.4 WDM驱动程序的IRP操作

4.4.1 IRP的数据结构

4.4.2 IRP栈单元

4.4.3 IRP排队完成与即插即用

第五章实现与验证

5.1系统验证的传输卡

5.2驱动程序的安装

5.3驱动程序的调试以及调试中的问题

第六章结论与展望

6.1结论

6.2今后工作展望

结束语

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参加的主要科研项目

致 谢