基于PCI總線的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PCI總線的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 答辯人：王廣領(lǐng) 指導(dǎo)教師：劉建飛教授 2005年3月5日論文主要內(nèi)容課題研究的目的和意義PCI總線的概述PCI9054PCI接口芯片介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計PCI數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動程序設(shè)計一、課題研究的目的、意義1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)狀： 現(xiàn)今電力系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很多，效果也不錯，但是也存在一些不足。常見的主要有以下一些方面： 數(shù)據(jù)采樣率較低有些沒有GPS對時一些高速的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)價格昂貴一、課題研究的目的、意義1.2 電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集的新要求： 暫態(tài)保護(hù)的發(fā)展 故障測距的要求 PMU的應(yīng)用 要求高速采樣，快速傳輸，精確的對 時 一、課題研究的目的

2、、意義1.3 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可行性：高速AD轉(zhuǎn)換芯片速度越來越快，價格越來越低，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性考慮成為可能高速總線的廣泛應(yīng)用，為數(shù)據(jù)的海量存儲和高速傳輸提供了可能性二：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計2.1 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作示意圖返回2.2 總線的選擇總線選擇的原則各種總線的比較 PCI總線的特點 2.3 PCI總線接口PCI9054由于PCI總線的接口邏輯關(guān)系比較復(fù)雜，其配置讀寫功能及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議用普通的邏輯電路很難實現(xiàn)，因此采用專用的PCI接口芯片來簡化系統(tǒng)設(shè)計。具有很多好的重要特性：符合PCI V2.2規(guī)范在PCI總線和LOCAL BUS間的數(shù)據(jù)傳輸高133MB/S提供了一個串行的EEPROM配

3、置接口提供主模式，從模式，DMA模式數(shù)據(jù)傳輸提供了與PCI總線和LOCAL總線的接口系統(tǒng)圖2.4 I/O部分設(shè)計I/O部分設(shè)計采用了模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計的優(yōu)點當(dāng)今模塊化設(shè)計的現(xiàn)狀本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊化設(shè)計的目標(biāo)本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊化設(shè)計的方案選擇系統(tǒng)圖2.4 I/O部分設(shè)計（1）交流插件設(shè)計系統(tǒng)圖2.4 I/O部分設(shè)計（2）背板的設(shè)計 背板信號線： 電源線，地線，對稱分布于背板上，可以抑制干 擾 通信信號線，包括，現(xiàn)場總線 ，用于確定板子地址 控制用于進(jìn)行轉(zhuǎn)換的交流插件2.5 PCI接口電路板設(shè)計（1）PCI接口電路結(jié)構(gòu)圖：2.5 PCI接口電路板設(shè)計（2） AD轉(zhuǎn)換電路 VFC變換的優(yōu)勢與不足

4、前端調(diào)理電路硬件示意圖2.5 PCI接口電路板設(shè)計（3）PCI9054與PCI BUS的接口 PCI9054與PCI BUS的接口非常簡單， 只 要將芯片的相應(yīng)信號線與PCI插槽 的信號線相連就可以了。硬件示意圖2.5 PCI接口電路板設(shè)計（4）PCI9054與LOCAL BUS接口PCI 9054本地總線有三種工作方式，M模式，C模式和J模式，我們采用C模式。數(shù)據(jù)傳輸模式有主模式，從模式和DMA模式，我們采用DMA模式。 PCI總線與LOCAL總線間的數(shù)據(jù)傳輸由一片CPLD控制 ，控制編程使用Verilog實現(xiàn)，使用MAX+PLUS輔助設(shè)計。硬件示意圖2.5 PCI接口電路板設(shè)計（5）PCI

5、 9054與EEPROM的接口EEPROM有引腳，CS，SK，DI，DOPCI9054有相應(yīng)信號EECS，EEDI/EEDO，EESK相應(yīng)的引腳相連就可以了。硬件示意圖2.5 PCI接口電路板設(shè)計（6）PCI9054寄存器配置PCI9054的配置信息主要包括以下信息：設(shè)備識別號，供應(yīng)商代碼號，LOCAL總線三個空間的大小以及三個空間的基址等。計算機(jī)啟動時將會根據(jù)配置信息配置好我們申請的資源。硬件示意圖2.5 PCI接口電路板設(shè)計（7）系統(tǒng)地址映射如下：地址偏移寄存器功能0FIFO數(shù)據(jù)（32位）從這個地址讀取FIFO數(shù)據(jù)4FIFO狀態(tài)（8位）讀FIFO狀態(tài)5FIFO狀態(tài)讀FIFO狀態(tài)6計數(shù)器和G

6、PS讀計數(shù)值和GPS信號7用戶IO和中斷操作用戶IO和中斷2.5 PCI接口電路板設(shè)計（8）抗干擾方面的設(shè)計電源，地線盡量對稱分布，采用了敷銅PCI9054接口芯片盡量接近PCI插槽，不超過1500mil。AD輸入采用了差分輸入可以消除共模信號2.6 數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動程序設(shè)計 驅(qū)動程序開發(fā)工具的選擇用DriverWorks所編寫的WDM驅(qū)動程序的基本結(jié)構(gòu)開發(fā)PCI設(shè)備驅(qū)動程序的關(guān)鍵問題內(nèi)存的訪問中斷的處理DMA處理2.6 數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動程序設(shè)計內(nèi)存的訪問類KMemoryRange封裝了對PCI設(shè)備的映射內(nèi)存的訪問。在OnStartDevice函數(shù)中，初始化如下：status = m_Memo

7、ryRange0.Initialize(pResListTranslated,pResListRaw,PciConfig.BaseAddressIndexToOrdinal(0); 就可以調(diào)用類的成員函數(shù)進(jìn)行訪問了。2.6 數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動程序設(shè)計中斷的處理在OnStartDevice函數(shù)中，調(diào)用KInterrupt的成員函數(shù)InitializeAndConnect初始化中斷變量和調(diào)用宏LinkTo連接中斷例程。status = m_Irq.InitializeAndConnect(pResListTranslated,LinkTo(Isr_Irq), this); 2.6 數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動程序設(shè)計DMA處理2.7 調(diào)試交流插件的調(diào)試PCI接口電路板的調(diào)試系統(tǒng)圖三. 總結(jié)本設(shè)計提出了一種實現(xiàn)交流插件可配置的模塊化設(shè)計方法利用Protel工具進(jìn)行了原理圖與PCB圖的繪制 ，并完成了電路板的制作。利用Drive Works完成了系統(tǒng)的驅(qū)動程序的設(shè)計 進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)