基于PCI总线的数字通信接收终端的设计与实现

摘要

本文介绍了基于PCI总线的数字通信接收终端的数据接收、处理和采集相关的软硬件设计与实现。整个系统由工控计算机和自行研制的PCI总线数据处理采集卡及其设备驱动程序组成，其中数据的接收与处理工作由硬件完成，采用自顶向下的设计方法用Verilog硬件描述语言(HardwareDescriptionLanguage)编程，并由一片XILINX公司的Spartan-Ⅱ系列FPGA(现场可编程门阵列)实现。数据采集使用AMCC公司的S5933PCI接口芯片，把处理后的数据通过PCI总线以DMA方式传送给主机，由设备驱动程序存至硬盘。 本文详细说明了FPGA的特点和设计实现过程，根据性能要求进行了总体设计，用Verilog语言编程实现了时钟生成、差分译码、I/Q数据合路、同步捕获、定时提取和解扰等数据处理功能。对PCI总线协议和AMCCS5933PCI接口芯片进行了研究和分析，设计了FPGA与S5933之间的突发式FIFO级联控制逻辑，使PCI总线具有最高的传输效率。用VHDL硬件描述语言编写了测试平台(Testbench)程序为顶层设计单元提供激励向量，使用HDL仿真器ModelSim进行了功能仿真并给出仿真结果。通过比较几种驱动程序开发方法，在满足性能要求的前提下选择了开发简单的用户模式驱动程序开发包WinDriver，给出了Windows环境下开发设备驱动程序的方法。本机易于调整，数据处理部分的硬件修改可以通过软件进行。经实际测试，调试排除若干Bug后工作稳定，现已投入实际使用。

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第一章引言

1.1研究背景

1.2研究意义

1 3研究内容

1.4本人所完成工作

1.5论文组织安排

第二章FPGA技术基础与原理

2.1可编程逻辑器件与FPGA简介

2.2 FPGA结构原理与特点

2.2.1 FPGA基本结构

2.2.2查找表LUT

2.2.3 FPGA的编程技术

2.3 FPGA器件性能参数和指标

2.4 FPGA器件选型原则

2.5现场可编程门阵列(FPGA)设计

2.5.1 FPGA设计流程

2.5.2相关EDA软件

第三章PCI总线技术分析

3.1 PCI总线系统体系结构

3.2 PCI总线的特点

3.3 PCI总线操作

3.3.1突发传送

3.3.2启动方、目标和代理

3.3.3单功能与多功能PCI设备

3.3.4 PCI总线时钟

3.3.5地址段

3.3.6声明一个交易

3.3.7数据段

3.3.8交易过程

3.3.9交易完成与总线返回空闲状态

3.4命令

3.5配置地址空间简介

第四章系统设计与实现

4.1数字通信系统

4.2数据格式和设计要求

4.3总体设计方案

4.3.1设备驱动程序编制方法的选择

4.3.2 PCI实现方法的选择

4.3.3 FPGA型号的选择

4.4系统实现

4.4.1 AMCC S5933 PCI接口芯片

4.4.2用FPGA实现数据处理

4.4.3用WinDriver编写驱动程序

4.4.4系统硬件设计

第五章设计校验

5.1测试平台

5.2功能仿真结果

5.2.1时钟生成单元

5.2.2 I/Q合路单元

5.2.3数据处理单元

5.2.4传输控制单元

5.3时序仿真

第六章结束语

参考文献

致谢