基于PCI总线的图像采集卡系统软件设计

PCI总线数据采集系统的软件设计探究

摘要：文章介绍基于PCI总线的多通道数据采集系统设计方法。本系统由高速高精度A/D转换芯片、高性能FPGA芯片、PCI总线接口芯片等组成，重点阐述系统的硬件设计及FPGA各个模块逻辑功能的实现，以此实现了以FPGA为控制核心可同时采集的多通道数据采集系统。

关键词：PCI；多通道数据采集；FPGA

PCI总线（Peripheral Component Interconnect）是Intel公司推出的一种高性能32/64位局部总线，其最大数据传输速率为132~264Mb/s，是目前使用较为广泛的一种总线。

1 设计原理

1.1系统设计框

该数据采集系统的设计主要包括前端的信号输入保护电路，ADC（MAX1312ECM）转换电路、FPGA（XC3S200）模块以及PCI总线接口（PCI9052）。

保护电路的作用主要是保护MAX1312ECM输入不被超出其允许电压范围（±10V）的高电压破坏，在MAX1312ECM的每个模拟输入通道上接上具有正负10V反向击穿电压的双向二极管，便能起到保护MAX1312ECM不会被输入的超高电压损害，该保护电路设计方法简单而实用。

1.2系统PCB设计

板卡的PCB设计要遵循高速信号PCB走线的要求，该板卡采用4层板，两层信号层，一层电源，一层地。系统的PCB设计需要注意的是MAX1312ECM的模拟地和数字地要单点连接；MAX1312ECM芯片下面尽可能不要走数字线；为了降低电源噪声的影响，在靠近MAX1312ECM的数字和模拟电源管脚处加上滤波电容或磁珠。要注意PCI总线端PCI9052与PCI插槽“金手指”的走线：普通信号线长度，从插槽“金手指”的中心到PCI9052长度不超过1.5英寸，33MHz的PCI总线时钟信号走线长度为2.5±0.1英寸。因为PCI总线端的信号采用反射波方式即总线驱动靠反射波叠加使信号电压达到要求的振幅，而电压上升的过渡时间相当于总线周期的三分之一。因此PCI总线端的信号与普通芯片的入射波信号不同，不能直接互连，所以PCI9052内部就完成了信号波形和信号格式的转换。为了满足反射条件，要严格按照上面所说的两个条件进行布线，实际布线中该系统PCB设计对时钟信号采用了蛇形走线，走线长度约为2.5英寸。

中国测试技术　ＣＨＩＮＡ　ＭＥＡＳＵＲＥ　ＭＥＮＴ＆ＴＥＳｎＮＧ　ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．３　Ｍａｖ　２００８　

基于ＷＤＭ模型的ＰＣＩ数据采集卡驱动程序设计　

吴宏钢　，一，尹爱军　，秦树人　

（１．重庆大学机械学院测试中心，重庆４０００４４；２．重庆通信学院，重庆４０００３５）　

摘　要：为了实现基于ＰＣＩ总线的数据采集，根据ＷＤＭ驱动程序的工作原理，设计了基于ＰＣＩ总线的数据采集卡驱　动程序，实现了驱动程序的设备加载，例程分发，中断处理，并探讨了驱动程序的调用和封装。系统以ＶＣ＋＋６．０及　ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ３．０作为开发平台，以ＰＣＩ－０２５００４数据采集卡为例，开发了ｗｉｎｄｏｗｓ２０００，ｘＰ操作系统下的驱动程序。实　验表明，该驱动程序运行稳定、移植性好，其框架结构能广泛地用于ＰＣＩ总线设备的开发。　关键词：ＷＤＭ程序；驱动程序；ＰＣＩ总线；数据采集；虚拟仪器　中图分类号：，Ⅱ）３１１．５；ＴＰ２７４　．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－－４９８４（２００８）０３－ｏＯ５２—０４　

Ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ＰＣＩ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｃａｒｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＷＤＭ　

ＷＵ　Ｈｏｎｇ—ｇａｎｇ　！，ＹＩＮ　Ａｉ－ｊｕｎ　，ＱＩＮ　Ｓｈｕ－ｒｅｎ　（１．Ｔｅｓｔ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００３５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）ｂｕｓ。ａ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　Ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｃａｒｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣＩ　ｂｕｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＷＤＭ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ．　ｎｌｉｓ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｌｏａｄｉｎｇ．ｒｏｕｔｉｎｅ　ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ｓｅｒｖｉｃｅ．ｒｒｈｅ　ｉｎｖｏｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｐａｃｋａｇｅ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ　ＰＣＩ－０２５００４　ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｃａｒｄ　ａｓ，ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ　Ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｆｏｒ　Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００／ＸＰ．Ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＶＣ＋＋６．０　ａｎｄ　ＤｒｉｖｅｒＳｔｕｄｉｏ３．０　ｗｅｒｅ　ｔｏｏｋ　ａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｔｎ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｒｕｎｓ　ｗｅｌｌ　ａｎｄ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｐｌａｎｔｅｄ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ＰＣ．Ｔｈｅｙ　ａｌｓｏ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ＰＣＩ　ｂｕｓ　ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＷＤＭ；Ｄｅｖｉｃｅ　ｄｒｉｖｅｒ；ＰＣＩ　ｂｕｓ；Ｄａｔａ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ；Ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　

第5卷 第10期 中 国 水 运 Vol.5 No.10 2007年 10月 China Water Transport October 2007

收稿日期：2007-8-4 作者简介：周敏均 （1983-） 杭州电子科技大学 自动化学院 研究生 （310012） 研究方向：

检测技术与自动化装置

8路 摄相头

摄相头 视频采集卡

SAA7130

SAA7130 8路 PCI6150 辅助芯片

PCI

Bus 计算机 基于PCI总线的视频采集卡驱动程序的设计与实现

周敏均 杨成忠 江加加

摘 要：本文介绍了基于PCI总线的视频采集卡驱动程序的设计和实现。视频采集卡基于PCI总线的设计更好地满足了高速大容量的数据传输需求；针对视频设备的内核流驱动的设计更方便了上层应用软件的开发。该视频采集卡

驱动已经成功应用于视频监控系统中，有效地提高了视频监控系统的功效。

关键词：PCI总线 视频采集卡 内核流驱动

中图分类号：TP311.131 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）10-0149-03

一、引言 随着计算机、网络、多媒体技术以及全球安防事业的迅

猛发展，数字视频技术得到了长足地发展，视频采集卡的应

用也越来越广泛。但是由于视频数据传输高速、大量的特点，

传统的使用基于串口、并口或ISA总线传输数据的方式已经

不能满足其传输的需求。同时，由于其复杂性，现在各厂商

都是自己提供采集卡的SDK，没有统一的界面，使得上层应

用的开发和设备的使用非常不便，而基于内核流的驱动程序

能够很好的解决这个问题，上层应用程序能够通过系统提供

的统一接口访问底层硬件。当前，基于PCI总线的视频采集

卡以其强大而灵活的功能、高度的集成性成为主流产品。为

此，本文设计了基于PCI总线的视频采集卡，并开发了相应

的基于内核流的驱动程序。

二、视频采集卡硬件系统 PCI总线是近年来出现的一种高性能的局部总线，它理

论上提供133MB/s的传输速率，支持猝发式读写，具备完整的多总线主控能力，支持即插即用，很适合网络适配器、

第１２卷第８期　２０１０年８月　豁姆墓缔瘗　Ｖｏ１．１２　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１０　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１５６３－４７９５．２０１０．０８．００２　

基于ＰＣＩ总线模块的多通道串行　

数据采集系统设计　

秦珍　

（西安电子科技大学，陕西　西安７１００７１）　

摘　要：给出了一种基于ＦＰＧＡ实现的ＰＣＩ总线的多通道同／异步串行数据采集系统的硬件及软　

件设计方案．同时重点介绍了利用Ａｌｔｅｒａ／￣　的ＰＣＩ兆核函数来实￣ＥＰＣＩ接口的具体方法。　

关键词：ＰＣＩ总线；ＰＣＩＪ３２；设备驱动程序；ＷｉｎＤｒｉｖｅｒ；中断　

０　引言　

目前市面上有多种数据采集卡，但其应用都　

具有一定的局限性，不可能完全满足用户的需　

求　本文介绍的数据采集卡可应用于某视频图像　采集系统中，数据源发送多路同步串行数据，然　

后经过数据采集卡传人上位机用以进行后续分　

析。上位机向外写控制字并转换后以异步串行方　式输出，用以控制视频图像的采集。本系统将　

ＰＣＩ接口逻辑和其他用户逻辑集成于一片ＦＰＧＡ　

中．因而大大节省了资源．便于进行串口扩展及　

其他功能的添加，性能良好，用途广泛。　

ｌ　ＰＣＩ总线　

ＰＣＩ总线是一种高性能的局部总线，具有３２　

位可升级到６４位的、独立于ＣＰＵ的总线结构。工　作频率为３３／６６　ＭＨｚ，最高传送速度可达１３２　ＭＢ／ｓ　（３２位、３３　ＭＨｚ）或５２８　ＭＢ／ｓ（６４位、６６　ＭＨｚ１。　

ＰＣＩ总线定义了Ｍｅｍｏｒｙ　ｆ存储器）空间、Ｉ／Ｏ　

（输入／输出）空间和配置空间３种地址空间，并具　

有两种工作模式：其中主模式下的ＰＣＩ设备具有　

总线控制权，可以实现ＤＭＡ传输：而被主设备控　

制进行通信的称为从模式（ＴＡＲＧＥＴ）。　

１．１　ＰＣＩ总线的配置空间　

所有的ＰＣＩ设备都必须实现配置空间．该空　

间分为首部区和设备有关区。首部区中的强制性　

收稿日期：２０１０—０１—０９　寄存器有：供应商代码（Ｖｅｎｄｏｒ　ＩＤ）寄存器用于