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基于光纤通信和PCI总线的高速传输系统寇超勇;刘伟;门金瑞【摘要】The data transmission stably is the main bottleneck in the field of huge amount of data %high rate of data and remote distance data transmission.This paper introduces a data transmission system based on optical fiber communication and the PCI bus.The system transmits a large volume data through the optical fiber to the computer, and the data canbe displayed and processed in the computer. It is tested that the system's data transmission rate is fest and has far transmission distance and strong anti-interference ability.In addition,this system can be applied to a plurality of systems that need high rate data acquisition and transmission.%在高速大容量远距离数据传输的领域,影响系统性能的主要瓶颈是数据传输的稳定性.介绍了一种基于光纤通信和PCI总线的传输系统,该系统可以将大容量数据通过光纤传到PC机上,并在PC机上通过软件显示和处理.经测试,该系统传输速率高、距离远、系统稳定、抗干扰能力强,适用于多个需要进行高速数据采集传输的领域.【期刊名称】《光通信技术》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】3页(P45-47)【关键词】光纤通信;PCI总线;数据缓存;光电转换;串并转换【作者】寇超勇;刘伟;门金瑞【作者单位】中国科学院紫金山天文台,南京210008;中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,南京210008;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院紫金山天文台,南京210008;中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,南京210008;中国科学院紫金山天文台,南京210008;中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室,南京210008【正文语种】中文【中图分类】TN9190 引言随着电子信息技术的飞速发展，高速数据远距离传输系统被应用在多个领域，天文遥感、视频监控、医学、工业等领域都需对大量数据进行高速、远距离、稳定的传输，而光纤与PCI总线结合则可实现将采集到的数据传输到计算机上。
基于PCI总线的雷达视频高速数据采集接口设计符联军【摘要】采用Altera公司的FPGA及其PCI接口芯片PCI9054实现了现代雷达视频的高速数据采集接口.在介绍PCI9054接口控制器的基础上给出一种通用的高速数据采集接口设计,并提出一种新的包括PCI9054存储器映射传输操作的设计.经测试证明,该接口的数据采集速率能稳定地达到200 Mb/s.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2009(032)018【总页数】3页(P79-81)【关键词】PCI9054芯片;FPGA;数据采集;雷达视频【作者】符联军【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,陕西,西安,710068【正文语种】中文【中图分类】TP3660 引言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，最大数据传输速率为132～264 MB/s，是目前使用较为广泛的一种总线。
在高速信号的实时处理中，利用PCI总线将采集数据直接传送到微机系统内存，可有效解决数据的实时传输和存储，为信号的实时处理提供方便。
利用PCI 总线进行高速数据采集，可以简化电路设计，而且这种高速数据采集接口模块可以在多次设计中重复使用，缩短产品的研发周期。
在此通过对专用接口芯片PCI9054 的性能分析，特别是对单周期读、写和存储器映射传输操作的时序进行了分析，提出了一种新的包括PCI9054 单周期读、写和存储器映射传输的设计，并讨论了通用PCI 总线高速数据采集卡的实现方案。
1 PCI9054 性能简介PCI9054 是PLX 公司推出的一种32 位33 MHz 的PCI 总线控制器。
它采用多种先进技术,可以将复杂的PCI 接口应用设计变得简单。
利用PCI9054 灵活的局部总线可以方便地连接多种存储器、I/O 外围设备和CPU,其中包括与Motorola 公司的MPC860和Intel 公司的960和IBM公司的PPC 401 等处理器之间的直接连接。
基于PCIe总线高速数据传输系统的设计与实现的开题报告一、选题背景随着现代科技的飞速发展，数据处理和传输变得越来越重要。
不仅需要高效的数据传输速度以满足现代大数据处理的需要，也需要高可靠性和兼容性以适应不同应用场景的需求。
PCI Express（PCIe）总线技术由于其高速、可靠和广泛的应用支持而成为了一种重要的数据传输标准。
本课题基于此，旨在设计和实现一个基于PCIe总线的高速数据传输系统。
二、研究目的和意义本课题主要研究基于PCIe总线的高速数据传输系统的设计和实现，旨在提供一个具有高速、可靠、兼容性好的数据传输方案，以满足现代数据处理需求。
其意义在于：1. 提高数据处理效率。
PCIe总线技术具有高速传输和低延迟的特点，在大数据处理和高性能计算中能够显著提高数据传输效率。
2. 提高数据传输可靠性。
PCIe总线技术具有高可靠性的特点，其锁定机制和CRC校验功能能够保证数据传输的准确性和完整性。
3. 提高数据传输兼容性。
PCIe总线技术是一种广泛应用的数据传输标准，被应用于各种不同的领域，能够实现不同设备之间的数据交换和共享。
三、研究内容和研究方法本课题的主要研究内容包括：1. 设计一个符合PCIe总线规范的高速数据传输系统。
包括硬件电路设计和软件控制程序设计。
2. 实现高速数据传输系统，采用HDL语言设计硬件电路，采用C++设计软件控制程序。
3. 测试和验证高速数据传输系统，包括性能测试、稳定性测试和兼容性测试等。
本课题研究采用的方法主要包括：1. 系统设计方法。
根据PCIe总线规范，设计一个符合标准的高速数据传输系统，保证系统的性能、稳定性和兼容性。
2. 硬件设计方法。
采用HDL语言设计系统的硬件电路，包括PCIe 总线接口电路、数据传输电路和控制逻辑电路等。
3. 软件设计方法。
采用C++设计软件控制程序，包括系统的控制逻辑和数据传输协议等。
4. 测试和验证方法。
对系统进行性能测试、稳定性测试和兼容性测试等，以验证系统的可靠性和兼容性。
基于PCI总线的超声检测虚拟仪器系统设计
马宏伟;毛清华;张旭辉
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2011(000)001
【摘要】为了实现超声检测的数字化、智能化、图像化以及自动化,开发了一种基于PCI总线的超声检测虚拟仪器系统.系统以计算机为核心,利用FPGA强大逻辑处理能力,PCI总线高速数据传输功能,实现了超声检测信号的发射接收,采集处理,数据存储、显示和输出,并运用小波变换对超声信号进行了降噪处理.实验结果表明,小波变换对超声信号具有良好的滤波效果,该系统具有数据传输速度快,信噪比高、性价比高等优点,为缺陷信号的准确定量和定性分析奠定了良好的基础.
【总页数】3页(P30-32)
【作者】马宏伟;毛清华;张旭辉
【作者单位】西安科技大学机械工程学院,陕西,西安,710054;西安科技大学机械工程学院,陕西,西安,710054;西安科技大学机械工程学院,陕西,西安,710054
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
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5.一种基于PCI总线和DSP技术的虚拟仪器设计 [J], 刘永阳;蒋健;罗弘谞
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基于PCI总线的高速数据采集卡的驱动程序设计
杨菁;余成波;胡晓倩
【期刊名称】《重庆理工大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(017)004
【摘要】针对自行设计的基于PCI总线的高速数据采集卡,分析了PCI卡的硬件特性,并系统介绍了采用WinDriver作为开发工具,在windows98/2000系统下的设备驱动程序的设计与实现.
【总页数】3页(P19-21)
【作者】杨菁;余成波;胡晓倩
【作者单位】重庆工学院,电子信息与自动化学院,重庆,400050;重庆工学院,电子信息与自动化学院,重庆,400050;重庆工学院,电子信息与自动化学院,重庆,400050【正文语种】中文
【中图分类】TP311.11
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生物医学工程研究Journal of Bio medic al Engineeri ng Research 2008,27(3):166~169*基金项目:国家自然科学基金资助项目(60871087)。
通信作者 E mail:hpeng@;kingorant@基于光纤传输和PCI 总线的高速医学超声数据传输系统*余盛康,周荣博,李粤得,彭虎(中国科学技术大学电子科学与技术系,合肥230027)摘要:在数字化超声成像系统中,由于原始数据量大,传输速率快,数据的有效传输一直是影响系统性能的主要瓶颈。
我们介绍了一种基于光纤传输和PCI 总线的高速医学超声数据传输系统的设计方案和功能特性。
该系统应用于全数字化高帧率医学超声成像系统的数据传输,实现了将采集到的超声回波信号实时传送到计算机中进行成像处理。
经测试,本系统实现的数据传输率可达80MB s 。
由于此数据传输系统具有较强的通用性,因此也可以应用于其他高速数据采集系统的数据传输。
关键词:PCI;光纤传输;超声成像;数据采集中图分类号:R318 文献标识码:A 文章编号:1672 6278(2008)03 0166 04A High -rate Medical Ultrasonic Data TransmissionSystem based on Optic Fiber and PCIYU Shengkang ,ZHOU Rongbo ,LI Yuede ,PENG Hu(De p a rtment of Electron ic Science and Technology ,USTC ,H e f ei 230027,China )Abstract :Characterized by a large volume and high rate of data,the digi tal ultrasonic i maging system has a performance bottleneck in its data transmission.We introduced a high-rate medical ultrasonic data transmission system,based on optic fiber and PCI technology.The system made a real-time transmi ssion of received ultrasonic signals to the computer where data will be concurrently processed for i maging.It is tested that the system s highest data transmission rate can mount to 80MB s.In addition,this data trans mission system can also be referred to the desi gn of other data acquisition systems.Key words :PCI;Optic-fiber transmission;Ultrasonic imaging;Data acquisition1 引 言高速数据传输系统在信号测量、图像处理等领域具有广泛的应用。
我们介绍的高速数据传输系统是针对全数字化高帧率医学超声成像系统而提出的,用于向计算机高速实时地传输采集到的超声信号,为终端的成像处理提供相应的源数据。
传统的超声成像系统由超声波探头(又称换能器)、超声发射基本电路、回波信号检测处理电路和成像显示电路构成[1]。
目前,大多数医学超声成像仪是将采集到的超声数据,直接通过数据处理芯片进行超声成像处理,然后将处理结果显示在专用显示器上。
这种超声成像方法虽然简便,但由于要使用一些高速数据处理专用芯片,因而系统造价比较昂贵,此外,整个系统的功能也受到硬件电路的限制,系统升级相对比较困难。
为了解决现有医学超声成像仪结构复杂、升级难的问题,本研究提出了一种新的超声成像系统的设计方案。
它采用超声发射阵列对所要检测的人体组织和器官进行扫描,并将得到的超声数据进行数字化存储后,利用本数据传输系统,实时将数据通过光纤和PCI 总线链路传输到计算机,最后在计算机里通过相关软件程序实现数据的处理和成像。
2 系统电路设计本数据传输系统的基本框图见图1。
在FPGA 的控制下,前端实时采集到的超声数据通过光发送电路,将数据以光信号的形式通过光纤传输到接收端。
在接收端,光接收电路再将光信号还原成相应的数字信号,通过FPGA 控制数据缓存和PCI 接口电路,实现数据向计算机的传输。
整个系统以光纤链路为桥梁,将分离的两部分电路有效地连接在一起,保证了数据实时、高效地传递到计算机,进行相应的超声成像处理。
图1 数据传输系统框图Fig 1 B lock diagram of data transmiss ion system对于前端超声数据的采集,我们首先发射超声波到待成像物体,超声回波通过64路高速AD 转换器以40MHz 的采样率进行模数转换并存储。
现有超声成像仪的图像帧率为30幅 s,若以此计算,则系统的数据传输率需为40MB s 。
由于本数据传输系统应用于高帧率超声成像系统[2-3],我们设定图像帧率为60幅 s 。
为此,系统数据传输率要达到80MB s 才能满足要求。
现今的光纤传输技术比较成熟,一般的传输率都能达到10Gbps 以上,而对于PCI 总线技术来说,低端产品的数据传输率便可达到133MB s,并且可以根据需要升级为266MB s 或更高的速率。
因此,利用光纤传输和PCI 总线来实现系统80MB s 的数据传输是完全可行的。
2.1 光发送电路光发送电路要实现对采集到的超声数字信号进行电光转换,使信号能够在光纤上进行传输。
该电路使用了TI 公司的TLK1501高速信号串并转换器,将并行的数字信号转换成可调制激光发射器的串行差分信号,再通过该信号调制光纤收发器,发射激光,实现数据的电光转换。
电路接口见图2。
图2 光发送电路接口示意图Fig 2 O ptic -fib er transmis sion circuit interface d iagramTLK1501串并转换器能将16位30~75MHz 速率的并行数据高效地转换为相应的串行数据,生成的串行数据率可达到0.6~ 1.5Gbps 。
接口图中的E NAB LE 信号为TLK1501芯片正常工作的使能信号,并行的16位数据TD(0~15)在GTX-CLK 上升沿被读入芯片内后,数据的高8位和低8位将分别传送给两个独立的8bit 10bit 编码器,在TX-EN 和TX-ER 信号的控制下,生成相应的两个10bit 数据。
这两个10bit 数据在芯片内部又先后通过数据选择器、并串转换移位寄存器,最终以20倍于GTX-CLK 频率输出差分串行信号DOUTTXP 和DOUTTXN 。
原并行数据的低位先输出,高位后输出。
在电路处于正常发送状态时,EAB LLE 、TX-E N 应置为高电平,TX -ER 、LOOPEN 、LC KREFN 、PRB SEN 置为低电平。
对于这些信号的控制还能实现电路的自检和同步等功能[4]。
由于成像系统所要实现的数据传输率需达到80MB s 以上,所以在并串转换时,电路锁存数据的时钟GTX C LK 要在40MHz 以上。
本电路采用的时钟为60MHz,因而数据转换后的串行数据率为60M !20bit=1.17Gbps,实际有效数据率为60M !16bit=120MB s,充分满足了高帧率成像数据传输的要求。
对于电光转换部分,光纤收发器采用的是武汉元创公司的OCB N3811单纤单模1310nm 光模块。
它采用PECL 电平,5V 供电,发送的数据率最高可达1.25Gbps,满足TLK1501转换后得到的1.17Gbps 串行数据率,同时兼容光纤信道协议,具有良好的电磁兼容性能。
2.2 光接收电超声数据通过光纤传递到接收端后,需要相应地进行光电转换,还原发送端发送的数据,进而才能向PC 传输。
这部分电路主要包括光电转换和串并转换两部分。
电路接口示意图见图3。
光电转换电路的核心部件采用的是元创公司的167第3期余盛康,等:基于光纤传输和PCI 总线的高速医学超声数据传输系统图3 光接收电路接口示意图Fig3 Optic-fiber reception circu it interface diagramOCB N4351光模块。
其接收满足1.25Gbps的数据率。
输出PECL电平差分串行信号。
数据串并转换器使用的依然是TLK1501芯片。
DINRXP和DI NRXN引脚接收光电转换后得到的差分串行信号,送入芯片内串并转换寄存器,在外部参考时钟GTX-CLK和芯片内时钟还原电路的作用下,交替转换为10bit并行数据,再由两路8B 10B解码器将数据还原为16位的并行数据RD(0-15),并输出相应的数据时钟RX C LK,供后端FIFO电路的数据读取。
信号RX-ER和RX-DV LOS用于判断数据接收是否正常。
2.3 数据缓存电路由于PCI9054中用于D MA的内部FIFO容量很小,远不能满足高速、连续、大容量数据采集的要求,因此需要在局部总线上外加存储器用于数据的缓冲存取。
为了能高速连续地传输数据,存储器必须有同时进行读和写的能力,DRAM和FIFO可满足这一要求。
DRAM相对于FIFO来说,其数据容量更大,相应存取速率也更快,但不足的是其信号线复杂,控制繁琐。
考虑到系统在该部分数据传输是按照时间顺序进行的,若使用DRAM将会使整个电路的设计复杂化,因而本系统采用FIFO作为数据缓存单元。
为了能最大限度地利用PCI接口,FI FO的处理速度应小于15ns(1 66M),且有∀半满#标志信号。
为此,本电路选择了SN74V369芯片,其时钟频率最高能达到166MHz,读写周期为6ns,单片FIFO容量可达128KB,读、写数据线宽可配置为36、18或9位。
当缓存中数据达到半满容量后,芯片将产生HF 半满信号,在FPGA的控制下,实现数据向PCI总线电路的传送。
图4为FIFO电路接口示意图。
2.4 PCI总线接口电路PCI(Peripheral Component Interconnect)∃外部设备互联总线,是由Intel公司于1991年下半年首先提出的,并于1993年正式推出PCI局部总线标准∃PCI总线。
PCI总线是一种即插即用的总线标准,支图4 FIFO电路接口示意图Fig4 FIFO-circuit interface diagram持全面的自动配置,允许32位或64位的并行数据传送。
