基于FPGA的CPCI总线多功能通信卡的设计

南京航空航天大学硕士学位论文鉴于 FPGA 的 PCI 总线接口控制器的设计姓名 :王丽媛申请学位级别 :硕士专业 :电路与系统指导教师 :臧春华20080201南京航空航天大学硕士学位论文纲要为了知足外头设施之间、外头设施与主机之间高速数据传输,Intel 企业于 1991年提出 PCI(Peripheral Component Interconnect总线的观点 ,即周边器件互连。

因为 PCI 总线拥有极高的数据传输率 ,所以在数字图形、图像和语音办理以及高速数据收集和办理等方面获取了宽泛的应用。

本论文第一对 PCI 总线协议做了比较深刻的剖析,从设计要乞降 PCI 总线规范下手 ,采纳 TOP-DOWN 设计方法达成了PCI 总线接口从设施控制器FPGA 设计的功能定义 :包含功能规范、性能要求、系统环境、接口定义和功能描绘。

其次从简化设计、方便布局的角度考虑,达成了系统的模块区分。

并联合设计利用SDRAM 控制器来考证 PCI 接口电路的性能。

而后经过 PCI 总线接口控制器的仿真、综合及硬件考证的描绘介绍了用于 FPGA 功能考证的硬件电路系统的设计 ,考证系统方案的选择 ,并描绘了 PCI 总线接口控制器的布局布线结果以及硬件考证的电路设计和调试方法。

经过编写测试激励程序达成了功能仿真 ,以及布局布线后的时序仿真 ,并设计了 PCB 实验板进行测试 , 证明所实现的 PCI 接口控制器达成了要求的功能。

最后 ,介绍了利用驱动程序开发工具 DDK 软件进行软件设计与开发的过程。

达成系统设计及模块区分后,使用硬件描绘语言(VHDL 描绘系统,并考证设计的正确性。

重点词 :PCI 局部总线、 TOP-DOWN 设计方法、现场可编程门阵列、VHDL 、PCB 实验板、 SDRAM 控制器i鉴于 FPGA 的 PCI 总线接口控制器的设计iiAbstractThe Peripheral Component Interconnect (PCI bus is a high-bandwidth,"plug-and-play" bus protocol designed to meet the performance demands of the peripherals of today's high-performance PCs and workstations and their large bandwidth application. It is rapidly becoming widely accepted in the computer industry as it opens doors to performance demanding application such as video and audio system, graphics accelerator boards, 3D native signal processing, network adapter, and data storage devices.This dissertation researches the design and implementation of PCI bus interface controller, based on Top-Down design method. The PCI Local Bus Specification isalso analyzed comprehensively. The whole work is described with Verilog and implemented by FPGA. This dissertation is clued by the design and implementation of PCI bus interface controller, and it expatiates on the PCI bus interface controller, which involves all processes of design, coding, simulation, synthesis and test.In this research, the design of PCI bus interface controller is mainly discussed. Its premise is PCI Bus Specification and its sticking points are to analysis the function and architecture of PCI bus controller. The whole- design and all sub modules implementation of PCI bus controller are also discussed in detail in this paper.This dissertation finishes the design of PCI bus interface controller, and it has also completed the function simulation as well as timing simulation after placing and routing.A PCB board is designed to test this controller and the result of test proves the validity of this controller to continued researches.Keywords: PCI Local Bus, TOP-DOWN, FPGA, VHDL, PCB, SDRAM Controller 南京航空航天大学硕士学位论文图目录图2.1 PCI 系统框架 (9图2.2 PCI 总线的应用 (10图2.3 PCI 总线接口信号 (14图2.4 总线突发读操作的时序图 (19图2.5 总线突发写操作时序关系 (19图2.6 配置读操作时序图 (20图2.7 配置写操作时序图 (21图 3.1 PCI 总线接口控制器的模块图及总线接口图(27图 3.2 Memory 基地点寄存器位格式(29图 3.3 I/O 基地点寄存器位格式(29图3.4 命令寄存器位格式 (32图3.5 状态寄存器位格式 (33图3.6 PCI 从设施状态变换 (33图3.7 SDRAM 控制器系统模型 (36图3.8 SDRAM 控制器的整体框架 (36图4.1 典型的 PQFP封装 PCI 元件引脚分派 (42图4.2 Memory 单周期写交易时序仿真 (44图4.3 Memory 单周期读交易时序仿真 (44图4.4 Memory 突发写交易时序仿真 (45图4.5 Memory 突发读交易时序仿真 (45图4.6 FPGA 接口框图 (48图4.7 JTAG 配置电路和 AS 配置电路 (48v承诺书自己郑重申明 :所呈交的学位论文 ,是自己在导师指导下 ,独立进行研究工作所获得的成就。

CPCI总线接口设计论文1地面测试台整体结构地面测试台的测试对象采编存储器。

测试台的主要功能包括向采编存储器提供模拟信号供其采集，向采编存储器下发控制命令，接收采编存储器下发的高速LVDS实时数据并进行后续处理。

测试台的整体结构如图1所示。

CPCI总线上挂有3个CPCI板卡，分别为CPU卡、接口卡、信源卡。

其中，CPU卡为处理系统，接口卡和信源卡为功能卡。

本文将以接口卡为主要依据来介绍如何以FPGA逻辑控制来实现CPCI局部总线接口和高速LVDS接口。

2LVDS高速数据接口实现2．1LVDS接口硬件电路设计由于趋肤效应和介质损耗，高速信号在传输过程中会衰减。

因此，当传输距离较长时，往往要使用电缆驱动器和均衡器来保证高速数据传输的准确性。

电缆驱动器将信号以最大功率耦合到电缆上［4］，延长信号的传输距离，电缆均衡器可以对传输的信号进行高频补偿，以至达到标准逻辑电位。

本设计中，LVDS串行器、解串器分别选用TI公司的SN65LV1203和SN65LV1224，信号驱动器、电缆均衡器分别选用NS公司的CLC001和CLC014。

LVDS接口电路结构如图2所示，采编存储器的FPGA控制LVDS串行器将10bit并行数据转换成差分串行数据，再通过电缆驱动器将信号耦合到电缆上。

地面测试台的电缆均衡器对接收到的信号进行高频补偿之后传送给解串器，解串器根据参考时钟将差分串行数据转换成10bit的并行数据，由FP-GA进行后续的处理。

2．2FPGA逻辑控制LVDS数据接收由于CPCI接口传输的时钟和LVDS数据接收电路的时钟不匹配，为了保证数据传输的可靠性，在编写VHDL语言程序时FPGA内部调用一个异步时钟控制的缓存FIFO［8］IP核来对接收到的LVDS高速数据进行缓存，如图2所示。

上位机通过配置PCI9054的传输计数寄存器，将一次DMA传输的数据量设置为2kbyte。

写FIFO的时钟为18．432MHz，读FIFO的时钟为36．864MHz，当FIFO内数据量达到2kbyte时，FPGA立即通知上位机启动一次DMA传输。

第2单元达标检测卷开始计时：________一、基础训练营。

（46分）1．下面三组词语中，每组加点字的音节有一个错误，请找出来画上横线，并订正在后面。

(8分)(1)工程．师(chéng)营．业员(yín)建筑．(zhù)的．确(dí)()(2)演．员(yǎn)裁判．员(pàn)计算．(suàn)顺．着(xùn)()(3)需．要(xū)饲．养(sī)魔．术(mó)熬．汁(áo)() 2．读拼音写词语。

(8分)bōwén bùnéng liàn liàn bùshějǐng sènóng jùtián cài mào zhe3．照样子先组词，再变成新字并组词。

(6分)例：波(波浪)——__皮__(皮肤)味()——____()汁()——____()4．读一读，连一连。

(10分)走进温暖的汗滴沿着安静的春风泛起长长的小院乘着层层的小溪洒下晶莹的波纹5．选词填空。

(8分)蹦蹦跳跳高高兴兴(1)林林一天到晚都()的，好像从来不知道什么是烦恼。

(2)妹妹走路时老是()的。

6．给加点词选择正确的解释。

(填字母)(2分)经过：A.通过；B．从某处过。

(1)经过．．深入调查，我终于发现了其中的秘密。

()(2)经过．．操场时，我看见李明正在打球。

()7．照样子，完成句子练习。

(4分)例：我的同桌把字典还给了我。

字典被我的同桌还给了我。

(1)妈妈把所有的小猫都送人了。

________________________________________________________ (2)爸爸和孩子们把千人糕吃完了。

________________________________________________________例：田野，葱葱绿绿的，像一片柔软的绿毯。