基于实时操作系统的高速数据传输技术研究

摘要

PCIe总线具有高带宽以及良好的扩展性，已被广泛用于计算机与各种外设的互连，但其在嵌入式领域还并未获得广泛应用。针对当今大数据量的高速传输需求，本文探讨了基于PCIe总线的高速数据传输技术，并设计与实现了一个基于PCIe总线以及实时操作系统的嵌入式高速数据传输系统。
　　本文设计的高速数据传输系统具有较高的传输速率，支持双向传输，可根据传输数据量的大小选择最优底层传输方式，主控端可对传输系统进行全面控制。本文首先提出了高速数据传输系统的总体设计方案，包括总体硬件方案、软件方案以及数据通路方案。然后着重设计并实现了传输系统软件，根据高速数据传输系统的功能需求，将其软件分为底层驱动以及上层应用两部分。在底层驱动部分重点设计并完成了PCIe EP端初始化、与PCIe RC的通信协议、底层传输方式、以及与上层应用的交互方式等。在上层应用部分主要设计并实现了传输功能模块以及FPGA配置模块。
　　最后搭建测试平台对系统进行测试验证，结果表明驱动以及应用程序功能正常，高速数据传输系统上行以及下行传输速率可达1637 MB/s左右，达到了所用PCIe链路理论传输速度的89.1％，达到所预期的传输速率，满足高速数据传输需求。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究内容和文章组织结构

1．3．1 论文主要工作

1．3．2 文章组织结构

2 相关技术概述

2．1 PCIe协议

2．1．1 PCIe协议简介

2．1．2 PCIe协议特点

2．1．3 PCIe总线层次结构

2．2 VxWorks

2．2．1 VxWorks简介

2．2．2 VxWorks特点

2．2．3 VxWorks结构

2．3 本章小结

3 高速数据传输系统总体设计方案

3．1 系统主要功能指标

3．2 系统硬件整体结构设计

3．2．1 VPX背板

3．2．2 嵌入式PC板卡

3．2．3 高速数据传输板卡

3．3 系统软件整体结构设计

3．4 系统主要数据通路设计

3．5 本章小结

4 高速数据传输系统软件设计

4．1 需求分析

4．2 高速数据传输系统软件架构

4．3 PCIe EP端驱动程序设计

4．3．1 PCIe EP端驱动程序总体结构

4．3．2 寄存器接口设计

4．3．3 初始化模块设计

4．3．4 DMA传输引擎设计

4．4 传输应用程序设计

4．4．1 传输应用程序总体设计

4．4．2 数据传输模块

4．4．3 FPGA配置模块

4．5 本章小结

5 高速数据传输系统软件实现

5．1 PCIe EP端驱动程序实现

5．1．1 相关概念介绍

5．1．2 初始化模块

5．1．3 DMA传输引擎

5．1．4 状态响应引擎

5．1．5 应用交互模块

5．2 传输应用程序实现

5．2．1 数据传输模块

5．2．2 FPGA配置模块

5．3 本章小结

6 系统测试与结果分析

6．1 测试方案

6．1．1 方案概述

6．1．2 测试设备

6．2 EP端驱动功能测试

6．2．1 驱动加载验证

6．2．2 初始化及状态响应验证

6．3 传输应用程序功能验证

6．3．1 上行数据传输测试

6．3．2 下行数据传输测试

6．4 其他关键指标测试

6．4．1 中断响应时间测试

6．4．2 任务切换时间测试

6．5 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简介