足球比分直播

基于PCI+Express高速数据传输接口的技术分析.pdf

返回
基于PCI+Express高速数据传输接口的技术分析.pdf_第1页
第1页 / 共73页
基于PCI+Express高速数据传输接口的技术分析.pdf_第2页
第2页 / 共73页
基于PCI+Express高速数据传输接口的技术分析.pdf_第3页
第3页 / 共73页
基于PCI+Express高速数据传输接口的技术分析.pdf_第4页
第4页 / 共73页
基于PCI+Express高速数据传输接口的技术分析.pdf_第5页
第5页 / 共73页
点击查看更多>>
资源描述:
声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名 2.0,,年7月玎日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。研究生签名翌鱼文 ≥o 7 7年7月2汨工程硕士学位论文 tl;于PCI Express高速数据传输接口的技术研究摘要随着计算机科学和视频技术的广泛发展,数字图像采集在电子通信与信息处理领域得到了广泛的应用。视频图像采集卡作为计算机视频应用的前端设备,承担着模拟视频信号向数字视频信号转换的任务,设计一种功能灵活,使用方便,便于嵌入到系统中的视频信号采集电路具有重要的实用意义。课题中,实现了将光纤接口接收I/O数据或者AD采集数据通过PCI Express总线传输计算机主存中。 。论文在分析了任务及技术指标的基础上,论证并设计了系统总体方案。在对PCIExpress传输系统实现的原理和方法进行了深入研究的基础上,设计了基于FPGA的PCI Expressl.1传输系统的硬件电路,利用Xilinx的IP Core实现了PCI Express的逻辑接口。使用VHDL这一硬件描述语言实现了PCI Express的PlO读写、中断以及DMA传输,并且将数据接口及时序做了详细地分析。论文针对PCI Express的数据传输系统的软件需求,研究了WDM设备驱动与简单的IVIFC界面开发。在DriverStudioV sual Studio 2005这一平台,开发了WDM设备驱动程序与简单应用程序。应用程序调用Win32函数,之后系统创建I/0 IRP请求包,设备驱动执行该IRP实现硬件访问。论文重点分析了PCI Express的相关操作读写控制。在试验的环境中,本系统能够稳定地、可靠地工作。文章最后给出了FPGA程序验证结果及系统综合调试结果,对系统开发过程进行了总结。关键词PCI--Express,FPGA,WDMAbstract 工程硕士学位论文AbstractWith the extensive development of computer science and video technology,thedigital image acquisition has been widely used in the fields of electronic communicationsand ination processing.The video capture card,as the frontend equipment incomputer video applications,assumes the responsibilitr of converting the analog videosignals into digital video sign2L1.Therefore,designing a video signal acquisition circuitboasting of flexible functions,user-friendliness and which is easy to be embedded the intothe overall system has important significance in actual practice.This paper first introduces the latest and future development of PCI and then putsforward the goal of this designBased on Virtex-5 XC5VSX50T FFl 1 361C chip and directly using the primitivedescription of Xilinx FPGA’S underlying hardware,SO as to put FPGA’S perance intofull play.By using the Xilinx’S IP COre generator tool CORE Generator,we enable theFPGA chip to generate PCI-E bus interface by means of FPGA programming.Finally,the paper shows the verification results of the FPGA program and integrateddebugging result of the overall system,making a summary of the system developmentprocess and providing forecast of the future development in acquisition cards.KeywordsPCI-Express,FPGA,WDMn基于PCI Express高速数据传输接口的技术研究摘 要。..。.。.....。......。...................。......。.。.。。.。.。...。.。.。...。。。。.。.。..。...。。..。.IABSTRACT.II1绪言.11.1课题研究背景及意义.11.2国内外研究现状..31.3本文的研究内容.42 PCI EXPRESS系统体系.62.1 I/,0总线的发展历史.62.2 PCI Express事务协议72.3 PCI Express设备层.72.4事物路由.1 02.5事务类型112.6 PCI Express中断方式.1 52.6.1 MSI消息中断_162.6.2 INTx群消息中断1 62.7 PCI Express配置空间1 82.7.1 PCI兼容配置空间192.7.2 PCI Express专用配置空间。202.8 PCI Express机电特性202.9 PCI Express性能与效率223硬件设计方案..243.1概j态。243.2 FPGA模块253.3 FPGA逻辑设计.273.3.1 AD采集..273.3.2 RocketlO.273.4 PCBPrintedCircuitBoard印制电路板设计之考虑303.4.1电源.303.4.2 PCI Express逻辑。324 PCI EXPRESS逻辑。354.1总体框架35III目录 工程硕士学位论文4.2 PIO操作..384.3 MEMMemory Device存贮器读写程序的设计。424.4中断设计.434.5 DMA数据传输。464.6程序烧录494.7其他注意点505内核驱动程序和DLL的设计..515.1 WDM驱动程序.525.2设备驱动实现535.2.1硬件访问.535.2.2 DMA传输.545.2.3中断处理..546软件测试结果分析576.1应用程序设计概述.576.2应用程序与驱动程序的通信586.3测试结果及结论597结束语63致谢.............................................................................................................64附录一采集传输系统PCB图65附录--.采集传输系统实物图.66参考文献67IV研究目前比较主流的几种PC视频接口是VGA接口、DVI接口和HDMI接口。相对而言,VGA接口比较落后,但由于它仍然是目前最多厂商所支持的一个低标准,所以,它的应用范围是最广泛的。由于VGA接口输出模拟信号,在分辨率提高的情况下,VGA信号所显示的图像有明显的失真。DVI接口是一种数字视频接口,它的支持较高的视频分辨率。DVI接口特别适于作为液晶显示器的视频信号输入,能够最大限度的发挥液晶显示器清晰度高图像失真小的优势。但DVI接口比较大,影响了使用性能。HDMI接口是目前很新型的一款视频接口,它是DVI接口的升级版。除了输出数字信号,支持较高分辨率以外,它还可以同时输出音频信号。并且HDMI接口非常小巧,使用方便。但目前来说,HDMI接口价格偏贵。。r.1随着PCI总线的推出,现在的图像采集卡借助PCI总线的线性突发传输的特点川,可采用面向计算机存储器的图像采集方式,即模拟图像通过A/D转换器后,先存于PCI总线产品自身的缓冲器中一般只需几K的容量Is,当缓冲器满后直接把图像数据传输给计算机的物理存储器。因此电路设计较为简化、成本低、采集速度快、数据传输流畅,基本满足24帧/s的图像采集要求。而随着PCI Express总线的提出,又将数据传输的速率提升到一个新的台阶w。。PCI Express是Intel首先提出并开发的第三代高性能I/O总线,并迅速地得到界的承认,它具有鲜明的技术优势,它全面解决了PCI总线技术所面临的种种问题。相较于PC工,它具有以下主要优势口驯1PCI Express总线采用点对点互联技术与PCI所有设备共享同一条总线资源不同,PC工Express总线采用点对点技术,能够为每一块设备分配独享通道带宽,不需要在设备之间共享资源,这样充分保障了各设备的带宽资源,提高数据传输速率ll绪言 工程硕士学位论文2双通道,高带宽,传输速度快在数据传输模式上,PCI Express总线采用独特的双通道传输模式,类似于全双工模式,大大提高了数据的速度。在传输速度上,PCI Express 1.O版本的每个信道单向的速度为2.5Gbps,而它在物理层上提供的132的可选信道带宽特性更使其可以轻松实现近乎“无限”的扩展传输能力。3灵活扩展性与PCI不同,PC工Express总线能够延伸到系统之外,采用专用线缆可将各种外设直接与系统内的PCI Express总线连接在一起。4低电源消耗,并且有电源管理功能这主要得益于PCI Express总线采用比PCI总线少得多的物理结构,如1通道带宽模式只需要4线即可实现数据传输。由于减少了数据线传输数量,所以它大大地降低了系统PCB成本和系统功耗。5支持设备热插拔和热交换PCI Express总线接口插槽中具有“热插拔检测信号’’功能,所以可以像USB总线那样进行热插拔。当然该功能PnP是硬件和软件支持的组合,必须获得硬件设备、系统软件和驱动程序的支持。6支持同步数据传输PCI Express总线设备可以通过主机桥接器芯片进行基于主机的传输根联合体与端点通信,也可以通过交换器进行点对点传输端点与端点通信。7具有数据包和层协议架构PCI Express采用类似网络通信中的OSl分层模式,各层使用专门的协议架构,所以可以很方便地在其它领域得到广泛应用。8每个物理连接含有多点虚拟通道PCI Express总线在每个物理通道中支持多点虚拟信道vC,流量类别TC、服务质量QoS。而服务质量以不同优先级和确定的延迟及带宽传送不同应用程序的数据包通过结构,也就是保证需要实时处理的数据以较高的优先级和有保证的带宽通过链路。9具有错误处理和先进的错误报告功能CRC字段嵌在发送的每个数据包中。通过链路发送的数据包中的错误可以由接收器用CRC校验来确定。若发送数据包有错,发送器自动重发该数据包。10在软件层保持与PCI兼容跨平台兼容是PCI Express总线非常重要的一个特点。它保持了与传统PCI相同工程硕士学位论文 基于PCI Express高速数据传输接口的技术研究鉴于如此众多的优势,大家都认为PCI Express将成为今后10年内的主要内部总线连接标准,它被用在台式机、笔记本电脑以及服务器平台上以及网络设备的内部连接设计中。由此可见对PCI Express进行深入的研究,并设计出通用的硬件产品,将广泛应用于视频数据的采集与分析,对图像信息传输的技术水平具有重要的意义。1.2国内外研究现状2001年春季的IDF上Intel正式公布PCI Express,是取代PCI总线的第三代I/0技术,也称为3GIO。该总线的规范由Intel支持的AWGArapahoe Working Group负责制定。2002年4月17日,AWG正式宣布3GIO 1.0规范草稿制定完毕,并移交PCI-SIG进行审核。开始的时候大家都以为它会被命名为Serial PCI受到串行ATA的影响,但最后却被正式命名为PCI Express。2006年正式推出Spec2.02.0规范。PCI Express总线技术的演迸过程,实际上是计算系统I/O接口速率演进的过程。PCI总线是一种33删z32bit或者66MHz64bit的并行总线,总线带宽为133鹏/s到最大533船/s,连接在PCI总线上的所有设备共享133MB/s~533MB/s带宽。这种总线用来应付声卡、IO/IOOM网卡以及USB 1.1等接口基本不成问题。随着计算机和通信技术的进一步发展,新一代的I/O接口大量涌现,比如千兆GE、万兆IOGE的以太网技术、4G/8G的FC技术,使得PCI总线的带宽已经无力应付计算系统内部大量高带宽并行读写的要求,PCI总线也成为系统性能提升的瓶颈,于是就出现了PCIExpress总线。PCI Express总线技术在当今新一代的存储系统已经普遍的应用。PCIExpress总线能够提供极高的带宽,来满足系统的需求。目前,PCI-E 3.0规范也已经确定,其编码数据速率,比同等情况下的PCI-E 2.0规范提高了一倍,X32端口的双向速率高达320Gbps。PCI-E 3.0架构从细节上对前两代PCI-E规范进行了极大地改进,为我们的成员在各自领域继续创新提供了所必需的性能和功能。“在对可制造性、成本、功耗、复杂性、兼容性等诸多方面进行综合、平衡之后,PCI-E 3.0规范将数据传输率提升到8GHz 8GT/s最初也预想过IOGHz,并保持了对PCI-E 2.x/1.X的向下兼容,继续支持2.5GHz、5GHz信号机制。基于此,PCI-E 3.0架构单信道x1单向带宽即可接近1GB/s,十六信道x16双向带宽更是可达32GB/s。PCI-E 3.0同时还特别增加了128b/130b解码机制,可以确保几乎100%的传输效率,相比此前版本的8b/lOb机制提升了25%,从而促成了传输带宽的翻番,延续了PCIE规范的一贯传统。
展开阅读全文
收藏
下载资源

加入会员免费下载





足球比分直播