基于PCI總線DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

1、第25卷第8期2006年8月國外電子測量技術(shù)Foreign Elect ronic Measurement TechnologyVol.25,No.8Aug.,2006 作者簡介:賴曉斌(1978-,男,西南石油大學碩士研究生,主要研究方向為DSP 應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集。研究與設(shè)計基于PCI 總線DSP 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計賴曉斌胡澤賴欣(西南石油大學成都610500摘要:文中提出基于PCI 局部總線DSP 通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案,該方案采用TMS320VC5416作為外圍核心處理單元,PCI2040作為PCI 橋芯片,TL V1572作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通過軟件開發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,具有高速度,低成本的優(yōu)

2、點。給出PCI 接口硬件設(shè)計方法及關(guān)鍵點,介紹基于Windows2000操作系統(tǒng)的WDM 驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)及原理,驅(qū)動程序的基本功能的實現(xiàn)方法及應(yīng)用程序與驅(qū)動程序的通信技術(shù),介紹了實現(xiàn)DSP 自啟動的方式。關(guān)鍵詞:PCI 總線DSP 數(shù)據(jù)采集WDM 驅(qū)動程序Design of data acquisition system based on DSP and PCILai XiaobinHu ZeLai Xin(S out hwest Pet roleum Universit y ,Cheng du610500Abstract :The article p resent s a universal

3、 system of data acquisition and p rocessing based on PCI bus and digital signal processor.In t his system ,TMS320VC5416is applied as a perip heral process 2ing unit ,PCI2040as PCI 2DSP is used as bridge ,and TL V1572as analog 2to 2digital converter (ADC .Data acquisition is achieved by software prog

4、ram.It has many characteristics ,such as high speed and low cost.Design of PCI interface is int roduced.It focus on t he WDM s framework and p rinciple ,t he implementation way of t he basic f unction of t he device driver and t he communication between t he application program and device driver bas

5、ed on Windows2000operating system.K eyw ords :PCI bus ,DSP ,data acquisition ,WDM driver.0引言PCI 總線是高性能32/64位地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的外部總線,可以支持多種外圍設(shè)備,其設(shè)計是獨立于處理器,為CPU 及高速外圍設(shè)備的通信提供一座橋梁,提高數(shù)據(jù)傳輸率。此外,PCI 總線采用線性突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式,確?？偩€不斷滿載數(shù)據(jù),完全兼容現(xiàn)有PC 機軟硬件能力。因此在CPU 與高速緩存,高速圖像處理及高速數(shù)據(jù)采集等需要高速傳輸信息的場合得到廣泛應(yīng)用。本文介紹的基于PCI 總線和DSP 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集

6、、數(shù)據(jù)交換及顯示。文中主要討論數(shù)據(jù)的采集,PCI 與DSP接口,WDM 驅(qū)動程序設(shè)計,以及應(yīng)用程序的設(shè)計。1系統(tǒng)總體方案如圖1所示,數(shù)據(jù)采集和處理部分都集成在一圖1系統(tǒng)總體方案塊PCI 插卡上,采用TI 公司的PCI 轉(zhuǎn)用接口芯片PCI20401實現(xiàn)PCI 總線協(xié)議,以半雙工模式完成主機與DSP 之間的數(shù)據(jù)交換?？紤]到數(shù)據(jù)采集卡的適用性與設(shè)計的靈活性,A/D 采用了TI 公司的單通道10位串行A/D 轉(zhuǎn)換器TLV1572;DSP 選用了目前C54X 系列中性能較高的單核處理器TMS320VC54162。由于TL V1572能與DSP 的McBSP 實現(xiàn)直接連接,只是要注意在布局的時候需盡量遠離

7、DSP 器件,A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)到達串口后由DSP 讀取并存到軟件指定的存儲區(qū)域,供需要的器件讀取;DSP 作為PC 機與外界之間的協(xié)處理器對數(shù)據(jù)進行處2006年第8期賴曉斌等:基于PCI總線DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計33理,將采集得到的數(shù)據(jù)處理后送往PC機。2系統(tǒng)的總線接口設(shè)計及實現(xiàn)PCI總線3具有高性能、線性突發(fā)傳輸、極小的存取延誤、不受處理器限制、適合各種機型、兼容性強、低成本高效益等優(yōu)勢,在嵌入式計算機和工業(yè)控制計算機方面具有廣泛的應(yīng)用前景。PCI總線協(xié)議有兩種實現(xiàn)方式。(1利用總線接口的專用芯片實現(xiàn)協(xié)議,常見的是AMCC公司的S5933,PL X公司的PCI90xx系列,以及Texas

8、 Inst rument s公司的PCI2040等,這種方法實現(xiàn)相對簡單,而且非常可靠。(2使用FP GA實現(xiàn)總線協(xié)議。將PCI core導(dǎo)入到FP GA中,或者可以完全定制。這種方法的成本相對低廉,但是一次購買PCI core的價格比較高。如果自己定制,復(fù)雜程度很大,而且可靠性不容易得到保證,開發(fā)難度很大。本文中的PCI接口采用第一種方式。雖然常用的專用接口芯片如S5933,PL X9052/9054等的應(yīng)用比較成熟,但是不便于與DSP連接,因此本系統(tǒng)采用由美國TI公司生產(chǎn)的PCI2040。它能與TI公司的DSP進行無縫連接,無須進行任何電平或邏輯轉(zhuǎn)換,不但加快了開發(fā)速度,且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定

9、性和抗干擾能力。PCI2040與DSP及PCI插槽金手指之間的連接比較簡單,需要注意的是PCI卡的電源設(shè)計與布局布線的要求:(1電源部分:每個Vcc引腳上必須要有電源對地的去耦電容,且容量至少為0.01F以保證對地去耦。(2布局布線要求:所有32位接口信號的最大走線長度為1.5英寸;系統(tǒng)上時鐘信號CL K走線長度為2.5±0.1英寸;與金手指相連的PCI元件其引腳電容必須小于10p F以保證信號的完整性。只有滿足上述限制約束條件,才能保證系統(tǒng)信號的完整性,滿足PCI局部總線的電氣規(guī)范,系統(tǒng)才能穩(wěn)定的工作。3系統(tǒng)的WDM驅(qū)動程序設(shè)計43.1WDM驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)及原理5在PCI設(shè)備的WDM

10、模型中,每個硬件設(shè)備至少有兩個驅(qū)動程序,底層的總線驅(qū)動程序由操作系統(tǒng)實現(xiàn),負責管理硬件與計算機的連接。上層的功能驅(qū)動程序,它了解有關(guān)硬件工作的所有細節(jié),知道如何控制設(shè)備的主要功能,需要處理PCI設(shè)備的初始化,PCI設(shè)備的內(nèi)存,端口的讀寫,中斷處理和DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)?實現(xiàn)PCI設(shè)備的功能,因此PCI 設(shè)備功能驅(qū)動程序是標準的WDM設(shè)備驅(qū)動程序。WDM驅(qū)動程序是分層的,在不同層上的驅(qū)動程序有不同的優(yōu)先級,同時它還提供了一個128位的全局唯一標識符GU ID來識別驅(qū)動程序。另外, WDM還引入了功能設(shè)備對象FDO與物理設(shè)備對象PDO兩個新概念來描述硬件,其中FDO是設(shè)備功能驅(qū)動程序中的代表,PDO是

11、系統(tǒng)中的代表。開發(fā)驅(qū)動程序?qū)嶋H上就是開發(fā)FDO。3.2驅(qū)動程序基本功能的實現(xiàn)6在Windows2000操作系統(tǒng)環(huán)境下,驅(qū)動程序主要用Windows2000DD K與VC+6.0進行設(shè)計, DriverSt udio2.7對DD K進行了封裝后,利用向?qū)Э梢陨沈?qū)動程序框架,大大提高開發(fā)速度和效率。當驅(qū)動程序被載入時,內(nèi)核調(diào)用驅(qū)動程序全局初始化例程Driver Ent ry;當用戶插入新設(shè)備時,調(diào)用AddDevice例程用以創(chuàng)建WDM設(shè)備對象;在PnP啟動例程OnStartDevice中,驅(qū)動程序初始化KMemoryRange與KIo Range類實例,順序分配基地址寄存器分別對應(yīng)于PCI204

12、0操作寄存器的內(nèi)存映射地址與I/O映射地址,實現(xiàn)設(shè)備卡配置空間的分配以達到系統(tǒng)識別和資源分配的目的。DriverWorks的KPciConfiguration類封裝了訪問PCI設(shè)備配置空間的所有操作。首先初始化這個類的實例:KPciCo nfiguration PciConfig(m_Lower.TopOf2 Stack(;初始化完后就可以利用成員函數(shù)ReadBaseAd2 dress/WriteBaseAddess讀寫基地址寄存器了。DriverWorks的KIo Range類封裝了端口訪問的操作。首先創(chuàng)建實例:KIo Range m_Io Por2 t Range0;再用類實例中初始化函數(shù)

13、來初始化這個實例:N TSTA TU S stat us=m_Io Port Range0.Initialize (p Reslist Translated,p Reslist Raw,PciConfig.BaseAddressIndex ToOrdinal(0;34國外電子測量技術(shù)第25卷初始化是否成功可以通過檢查返回值來判斷:if (N T_SUCCESS(stat us初始化成功Else失敗;成功初始化后就可以調(diào)用KIo Rang類成員函數(shù)inb(/out b(等,從端口讀寫數(shù)據(jù)。如:m_Io Port Range0.inb(UNLON G ByteOff set,PUCHAR Buff

14、er,ULON G CountDriverWorks的KMemoryRange類封裝了內(nèi)存訪問的操作。他的操作和I/O端口的訪問相類似。首先創(chuàng)建實例:KIo Range m_Memoryt Range0;再用類實例中初始化函數(shù)來初始化這個實例:N TSTA TU S stat us=m_Memoryt Range0.Initial2 ize(p Reslist Translated,p Reslist Raw,PciConfig.BaseAddressIndex ToOrdinal(0;初始化是否成功可以通過檢查返回值來判斷:if (N T_SUCCESS(stat us初始化成功Else失敗

15、;成功初始化后就可以調(diào)用KMemo2 ryRange類成員函數(shù)inb(/out b(等,從內(nèi)存讀寫數(shù)據(jù)。如:m_Memoryt Range0.inb(UNLON G ByteOff set,PUCHAR Buffer,ULON G Count3.3驅(qū)動程序、應(yīng)用程序與DSP之間的通信在驅(qū)動程序中,利用DriverW orks的生成向?qū)r填寫的控制代碼,在驅(qū)動程序中就可以生成如下代碼: #define PCI2040_READ_HPI_CSR CTL_CODE (FIL E_D EV ICE_UN KNOWN,0x800,M ET HOD_BU FFERED,FIL E_AN Y_ACCESS然

16、后在設(shè)備類中定義該代碼的IRP函數(shù):如N TSTA TU S PCI2040_READ_HPI_CSR_Handler (KIrp I;接著在設(shè)備類的實現(xiàn)函數(shù)中處理來自設(shè)備控制請求的句柄,如virt ual N TSTA TU S DeviceCont rol(KIrp I; case PCI2040_READ_HPI_CSR_Handlerstat us=PCI2040_READ_HPI_CSR_Handler (I;break;最后實現(xiàn)設(shè)備請求的句柄函數(shù):如N TSTA TU S PCI2040Device:PCI2040_READ_ HPI_CSR_Handler(KIrp I;通過以上

17、的步驟就在驅(qū)動程序內(nèi)部建立了處理來自設(shè)備的IRP的流程。在win2000中,應(yīng)用程序與WDM驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)通信的過程是:應(yīng)用程序首先用HANDL E OpenByInterface(GU ID3p Class Guid,DWORD instance,PDWORD p Error打開設(shè)備句柄,接著用CreateFile函數(shù)通過GU ID接口或者符號連接名打開設(shè)備,然后在應(yīng)用程序中利用DeviceIoControl函數(shù)調(diào)用控制代碼就可以和WDM進行雙向通信了,包括從WDM中讀取數(shù)據(jù)及輸出數(shù)據(jù)給WDM兩種情況,也可以用ReadFile從WDM中讀數(shù)據(jù)或者用WrireFile寫數(shù)據(jù)給WDM,當應(yīng)用程序退

18、出時,用Clo se Handle關(guān)閉設(shè)備。PCI2040作為PCI與DSP的接口芯片,驅(qū)動程序及DSP的操作都面向PCI2040,PCI2040為WDM提供了內(nèi)存映射HPI控制與狀態(tài)寄存器(CSR;面向DSP的H PI寄存器,C5416提供了增強型的H PI8接口,微機作為Host可以通過HPIA 地址寄存器、HPID數(shù)據(jù)寄存器和H PIC控制寄存器實現(xiàn)對DSP的片內(nèi)空間的完全訪問。由于PCI2040將DSP中的HPIA,HPID, HPIC都通過內(nèi)存映射的方式映射到了內(nèi)存,通過驅(qū)動程序和應(yīng)用程序之間的配合及以上建立的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序通信的流程,在應(yīng)用程序中只要有讀寫H PI的設(shè)備請求的句

19、柄,驅(qū)動程序就可以自然的處理這些句柄即對DSP的HPI的3個寄存器進行讀寫了。4DSP的自啟動C5416的在片內(nèi)ROM內(nèi)含有DSP系統(tǒng)的自舉加載BootLoader程序,系統(tǒng)上電后按照Boot2 Loader可將代碼以多種方式送入DSP片內(nèi)高速程序空間執(zhí)行。具體實現(xiàn)方法是:首先通過CCS將滿足要求的程序編譯成可執(zhí)行程序.out文件,然后用TI公司提供的轉(zhuǎn)換程序?qū)⒃摮绦蜣D(zhuǎn)換成.dat文件,最后利用燒錄程序通過仿真器將程序燒錄到擴展空2006年第8期賴曉斌等:基于PCI總線DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計35間FL ASH中去,當DSP上電的時候BootLoader 程序會自動的將程序通過并口讀到高速內(nèi)存進

20、行全速運行。5結(jié)論通過以上的設(shè)計,搭建了一個初步的DSP&PCI 硬件應(yīng)用平臺,并在該平臺上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。在該平臺的基礎(chǔ)上,通過開發(fā)功能各異的M FC 應(yīng)用程序,WDM驅(qū)動程序,DSP應(yīng)用程序,可以實現(xiàn)豐富的功能。通用功能建成函數(shù)庫,又可以較方便的開發(fā)數(shù)據(jù)壓縮,語音壓縮存儲等新功能,適應(yīng)目前系統(tǒng)集成開發(fā)的通用性和可復(fù)用性,突出了系統(tǒng)集成中軟件開發(fā)的重要性。參考文獻1PCI2040PCI2DSP Bridge Controller Data ManualM.Texas Instruments Incorporated,1999.2TMS320VC5416Fixed2Point Digi

21、tal Signal ProcessorZ.Texas Instruments Incorporated,2001.3李貴山,戚德虎.PCI局部總線開發(fā)者指南M.西安:西安電子科技大學出版社,2000.4尹勇,李宇.PCI總線設(shè)備開發(fā)寶典M.北京:北京航空航天大學出版社,2005.5Windows2000WDM驅(qū)動程序設(shè)計OL.www.cctr. detail.asp?id=8622k231k.6Microsoft Windows2000Driver Development Kit Doc2umentM.Microsoft,2000.333333333333333333333333333333

22、3333333333333333 Agilent8960無線測試儀為3G開發(fā)商提供全新的H SDPA包數(shù)據(jù)測試和雙小區(qū)仿真能力安捷倫科技公司宣布,針對Agilent W2CDMA/ HSDPA和GSM/GPRS/EGPRS實驗室應(yīng)用推出多種先進的3G解決方案,并將通過Agilent8960無線測試儀來提供。這些解決方案可幫助研發(fā)工程師和集成工程師在保證原有設(shè)計性能水平的同時,盡快將產(chǎn)品推向市場。目前,8960W2CDMA/HSPDA實驗室應(yīng)用可以支持FRC通道,包括同時支持RB和FDD測試模式能力。還將發(fā)布針對該產(chǎn)品的多項增強特性,其中包括:端對端數(shù)據(jù)連接能力,它將使用戶能夠建立一條采用HSPDA的IP數(shù)據(jù)通道,在測試臺上仿真最終用戶的應(yīng)用體驗;HSDPA數(shù)據(jù)吞吐量監(jiān)視器,使設(shè)計師可通過數(shù)據(jù)通道查看實時數(shù)據(jù)速率。無線協(xié)議分析軟件(Wireless Protocol Advisor還會增加對HSDPA的支持。這獨特的實時分析工具可以快速確定和解決最難處理的協(xié)議問題。Agilent8960的HSDPA包數(shù)據(jù)通道,使開發(fā)商能夠測試HSDPA應(yīng)用的功能和HSDPA