用于CT式安检设备的PCI总线传输平台设计

摘要

随着世界范围内的各类恐怖袭击事件的不断发生，安检领域正在成为CT技术应用的一片新天地，CT应用于安检领域有着广泛的市场和良好的应用前景。由于CT式安检设备实时性高、数据量大，对接口的数据带宽提出了较高要求，而PCI总线在数据传输方面的明显优势，能够解决CT系统海量数据高速传输的问题。本课题的研究目的正是为CT式安检设备设计PCI总线传输平台，从而为后期的CT数据分析和处理提供硬件实验平台。 PCI总线在高性能、低成本、开放性等方面的优势，目前已成为微型计算机系统总线的主流，但PCI总线协议比较复杂，为减少开发时间，采用专用PCI接口芯片PCI9054来设计PCI数据传输卡。板卡以FPGA为控制核心，通过百兆网络接口接收CT数据，经乒乓工作的两组SRAM缓存后，控制PCI9054通过PCI总线将数据发送到PC主机，完成数据传输的功能。根据CT式安检设备数据传输的特点，FPGA控制PCI9054工作在DMA传输方式下，通过中断方式通知PC主机发起传输。 论文首先概述了CT的原理和CT成像技术的发展，以及CT式安检设备的特点和应用，然后研究了PCI总线协议和PCI接口的实现方法；接下来重点介绍了PCI数据传输卡的硬件电路设计，主要包括逻辑控制模块、PCI接口模块、网络接口模块和数据缓存模块；之后给出了FPGA的模块划分和功能实现；最后介绍了测试方案和系统性能指标，并针对测试过程中发现的一些问题，分析了原因并给出了解决措施。测试结果表明，该传输平台可以稳定、可靠的工作，相关性能指标达到预期设计要求，能够应用于CT式安检设备中。

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声明

第一章 绪论

1.1 CT式安检设备绪论

1.1.1 国内外安全形势

1.1.2 CT安检技术背景

1.1.3 CT式安检设备的国内外研究现状

1.2 PCI总线绪论

1.3 课题研究

1.3.1课题目标和意义

1.3.2 论文的主要工作

第二章 CT安检技术概述

2.1 CT技术原理及图像重建

2.1.1 CT的基本原理

2.1.2 图像重建

2.2 CT成像技术的发展

2.3 CT技术在安检领域的应用

第三章 PCI总线及其接口实现

3.1 PCI总线概述

3.1.1 PCI总线的发展历史

3.1.2 PCI总线的系统结构与特点

3.1.3 PCI总线的信号定义

3.1.4 PCI总线的电气规范

3.2 PCI总线协议简介

3.2.1 PCI总线的传输控制

3.2.2 PCI编址

3.2.3 PCI总线的操作时序

3.2.4 PCI总线仲裁机制

3.3 PCI接口的实现及接口芯片的选择

3.3.1 PCI接口的实现方法

3.3.2 PCI接口芯片的选择

第四章 PCI数据传输卡的硬件设计

4.1 总体设计方案

4.2 逻辑控制模块

4.2.1 FPGA选型

4.2.2 FPGA要实现的逻辑控制功能

4.3 PCI接口模块

4.3.1 PCI9054的特性及功能

4.3.2 PCI9054的工作方式

4.3.3 PCI9054的寄存器配置

4.4 网络接口模块

4.4.1 AC104简介

4.4.2 接口设计

4.4.3 端口同步方式

4.5 数据缓存模块

4.5.1 乒乓操作型双缓冲技术

4.5.2 SRAM选型

4.6 时钟分配网络

4.7 电源模块

4.7.1 板卡功耗估算

4.7.2 电源分配

4.8 板卡PCB设计

第五章 PCI总线传输平台的搭建

5.1 PCI数据传输的实现

5.1.1 DMA传输

5.1.2 Block DMA操作时序

5.1.3 PCI中断

5.2. FPGA逻辑设计及实现

5.2.1 模块划分

5.2.2 网络接口控制

5.2.3 PCI数据传输控制

5.2.4 SRAM乒乓操作控制

5.2.5 各模块之间的握手信号

5.3 设备驱动及应用程序的开发

5.3.1 设备驱动开发

5.3.2 应用程序开发

第六章 系统测试结果和展望

6.1 测试方案

6.2 测试中解决的几个关键问题

6.2.1 丢帧问题的解决

6.2.2 上位机系统死机问题的解决

6.2.3 数据传输出错问题的解决

6.3 测试结果及结论

6.4 展望

致谢

参考文献

作者简介

附录