PCI数据采集外围总线接口电路的设计

第 !" 卷第 #" 期 重庆大学学报（自然科学版） $%&’ !"( )%’ #" ( *""+ 年 #" 月 ,%-./0& %1 23%/456/4 7/689.:6;<（)=;-.=& >?69/?9 @A6;6%/） B?;’ *""+( ( ( 文章编号：#"""C DE*F（*""+）#"C ""*"C "G H2I数据采集外围总线接口电路的设计 收稿日期：*""+C "J C*K 作者简介：张平（#KD+C），女，重庆大学高级工程师，主要研究方向为计算机应用及工业 2L，（@CM06&）H6/46?;N #J!’ ?%M。 张( 平，杨琳佳 （重庆大学( I2L研究中心，重庆 G"""!"） 摘( 要：在研究 H2I（H9.6O39.0& 2%MO%/9/; I/;9.?%//9?;）总线的基础上，针对专用接口芯片 P 2HQR 器件在性能、成本及设计复杂程度等方面进行了 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和比较，提出了一种采用 >DK!! P 2HQR 实现通用 高速 H2I 接口电路数据采集卡的设计。 关键词：H2I总线；数据采集；>DK!! ( ( 中图分类号：LH!K#’ G 文献标志码：S #( H2I总线概述 随着计算机的发展，2H7的处理速度越来越快，在 数据采集系统中，总线结构是影响数据传输速率的一个 关键的因素，原有计算机外设总线（如 I>S ，@I>S 等） 难于满足高速外设发展的需要，已经被性能更好的 H2I 总线所取代。H2I 总线是在 #KK* 年 J 月由 >IT推出的 一种开放的局部总线标准，总线规范由 H2I>IT（H2I >O9?60& I/;9.9:; T.%-O）发布。主要特点如下： 高性能。H2I 总线宽度是 !* 位，总线频率 !! UVW，H2I总线最大传输速率为 #!* UX Y >，远超过 I>S 总线的 E UX Y >的速率，可以满足高速数据传输［#］。 低成本。它采用多路复用体系，并使用 H2I 芯片 组将大量系统功能及高速缓冲存储器、控制器等高度 集成，降低了成本。 使用方便。H2I 总线独立于 2H7 的升级，可适用 于多种平台；支持多个总线功能设备，用户可以增添多 种外围设备。 H2I总线能够自动配置参数，支持 H2I总线扩展板 和部件。H2I部件内置有配置寄存器，系统启动时会利 用常驻软件设定配置，自动界定与 2H7 沟通的地址及 中断设定值。每当配置新的外围设备卡时，配置软件会 选用空置的中断，以确保各扩展卡的中断不会冲突。 H2I有严格的规范，保证了良好的兼容性。凡符 合 H2I规范的扩展卡，插入任何 H2I 系统均能可靠地 工作。 H2I支持突发的数据传输模式［*］。外围设备一般 会由内存某个地址顺序接收数据，这种线性或顺序的 寻址方式，可以由一个地址起写大量数据，每写一个字 节数据地址自动加 #，接着接收下一个字节的数据。 线性突发传输能够更有效地利用总线的带宽，减少没 有必要的地址操作。突发传输的长度可以由总线主控 设备决定，在数据传送开始时，目标得到起始地址和交 易类型，但是没有传送长度。当主控设备准备传送每 一个数据项时，主控设备通知目标是否为最后一个数 据项。当最后一个数据项传送后交易即告结束。 *( H2I总线接口 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 总线是计算机各部件之间信息传输的通道，它包 括总线控制、使用方法、仲裁方法和传输方式等内容， 总线在机械形式、电气特性和通信协议等方面，在系统 设备之间建立一个标准，是计算机各功能模块相互联 结的工具及连接外设与主机系统的桥梁［!］，其基本功 能包括数据传输、中断能力、多重主控设备选择和其他 一些实用功能。 过去开发的数据采集系统是基于 I>S总线的多通 道数据采集系统。如今工业 2L 技术迅速发展，2L 对 数据采集系统的采集精度、传输能力和集成度要求越 来越高，为了满足设计项目的需求，开发设计新的数据 采集系统势在必行。针对项目特点，通过对 H2I 总线 ??????????? http://qks.cqu.edu.cn 的研究，并在此基础上，用 !"# 专用控制器 $%&’’ 的 (#()数据传输方式完成了从 #$* 总线到 !"# 总线数 据采集系统的移植，实现了基于 !"# 总线的多通道数 据采集。 +, -. 设计分析 该数据采集系统适用于各类计数采集方式，每块卡 共有 /%路通道的计数脉冲（一块采集卡 /% 路通道，并 且根据需要可进行扩充），当 !射线源穿过被测工件后， 打在光电探测器上，经过前置放大后，形成 /% 路通道的 计数脉冲，送入采集卡中，与此同时，在控制程序的控制 下，产生一系列信号送入数据采集卡中，其采集卡计数 一次（计数精度为 +0 位整数），在采集驱动软件的作用 下数据采集卡能实时将计数值读入计算机内存。 当扫描系统准备好，且其它信号均为高电平有效， 系统初始化完成，准备好信号变为有效，计数器开始计 数，当第一个计数脉冲信号上升沿到来时，在控制信号 的控制下开始计数，在计数脉冲下降沿到来之前需要 将 /% 个通道的值读入内存，将本次计数值读走后，应 将 /% 通道的计数器及时清 1，以准备接受第二次计 数。各控制信号的时序关系如图 - 所示。 图 -. 控制系统的信号时序图 . . 从 !"# 协议和 $%&’’ 总线控制器的功能看，利用 $%&’’ 传输数据主要有 ’ 个通道，其中邮箱寄存器通 道一般只用来传送一些命令和参数，或作为中断源，进 行某些控制。用来进行大量数据传输的主要是 !*$$2 3456和 (#()通道。这两种方式可以同时使用，也可 以单独使用，单独使用在不同的场合，各有不同的优 点。总体上讲，如果两者都用，能够实现数据传输，但 是由于使用的外围芯片过多，将浪费宝贵的板卡资源， 同时成本也会很高。系统主要使用 (#() 方式，因为 $%&’’(#()通道很好地支持了 78*传输方式［0］。 78* 传送方式是在内存与外设之间开辟专用的 数据通道，通道在 78* 控制器硬件的控制下，直接进 行数据交换而不通过 "!6，不用 # 9 ) 指令。使用 (#()，$%&’’ 既可以充当 !"#总线主控设备接口，也可 以充当 !"# 总线目标设备接口。如果是目标设备接 口，则允许总线主控设备通过 (#() 访问外加总线上 的数据；如果是做为主控设备接口，允许总线使用主控 地址寄存器和主控字节计数寄存器实现 78*传输。 如果 $%&’’设置为总线主控方式，则 $%&’’ 可以通 过 (#()接口启动 !"#周期。启动一个总线主控需要设 置相应的地址和传输的字节数，这些参数既可以通过 !"#总线设置，也可以通过 *772):接口设置。在数据 传输结束时，$%&’’ 可以在 !"#接口或 *772):接口产 生中断请求。在数据传输过程中，不占用 "!6资源［%］。 ’. (#()方式的数据传输机制 $%&’’ 内部有 + 个单向的宽度为 ’+ 位，深度 ; 位 的 (#()：输出 (#() 和输入 (#()。$%&’’ 可通过它的 (#()接口在 !"#总线上进行 78*数据传输。一个用 来把从 !"# 总线上的数据传输到 *772):，另一个将 *772):总线上的数据传送到 !"#总线上。 主机和用户都可以以访问寄存器的方式访问 (#()。用户也可以通过 <5(#()、57(#()、<5(6==、 57>8!3?、@!"=A这几个信号直接读写 (#()。多数 用户接口卡采用这种方式实现 78* 数据传输。直接 读写 (#()有两种方式：同步方式和异步方式，在同步 方式下，<5(#()、57(#() 为 (#() 读写使能信号，在 @!"=A的上升沿写入和读出数据，输出引脚 @!"=A 为 ’’84B信号。在异步方式下，<5(#() 和 57(#() 为 (#() 写信号和读信号。<5(6== 为输出 (#() 满 信号，57>8!3?为输入 (#()空信号。 使用 (#()，$%&’’ 既可以充当 !"# 总线主控设备 接口，也可以充当 !"# 总线目标设备接口。如果是目 标设备接口，则允许总线主控设备通过 (#() 访问外 加总线上的数据；如果是做为主控设备接口，允许总线 使用主控地址寄存器和主控字节计数寄存器实现 78*传输。 如果 $%&’’设置为总线主控方式，则 $%&’’ 可以通 过 (#()接口启动 !"#周期。启动一个总线主控需要设 置相应的地址和传输的字节数，这些参数既可以通过 !"#总线设置，也可以通过 *772):接口设置。在数据 传输结束时，$%&’’ 可以在 !"#接口或 *772):接口产 生中断请求。在数据传输过程中，不占用 "!6资源。 每一个 (#()有一个指定的地址和传输计数寄存 器，这些寄存器可以被主 "!6 或 *772): 逻辑（复位 时可以配置）所定义，每一个 (#() 有一个可以预编程 序和管理 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，当一个 !"# 总线传输期间传输计数器完 成或错误发生时每一个 (#()能够产生中断。 -+第 -1 期. . . . . . . . . . . . . . . 张平，等：. !"#数据采集外围总线接口电路的设计 ??????????? http://qks.cqu.edu.cn !" #$ 多通道系统电路设计 设计是基于 %&’ 总线的多通道数据采集系统，由 ()&&公司的 *+,!! 来实现系统电路对 %&’ 总线协 议；系统框如图 - 所示。在设计中增加了部分的平滑 去噪电路。 图 -$ 用 *+,!!.’./构建的多通道数据采集系统 一块板卡有 0+ 路数字脉冲信号经过计数电路在 控制逻辑的控制下，被写入到 .’./#，或 .’./-，由于 (112/3接口数据采样较 %&’数据传输慢，为提高 %&’ 总线利用率，这里采用两片 .’./，当 .’./#，.’./- 都 为空时，逻辑写 .’./#，当 .’./# 写满时，逻辑转向写 .’./-，同时，逻辑将 .’./# 的数据读到 *+,!! 内部 .’./中，当 .’./- 写满时，逻辑转向写 .’./#，同时， 逻辑将 .’./- 的数据读入 *+,!! 内部 .’./中，反复重 复上述动作，直到本次数据传输完成，这部分用户电路 完全由硬件电路实现。*+,!! 内部的 .’./ 与内存之 间的数据 1)( 传输，可以由数据装入 .’./ 中的状态 来启动，可以设定写满时启动，也可以设置成半满时启 动。当本次传输完成后，传输计数寄存器到 4，产生中 断（设置 ’35(），程序转入中断服务程序，中断服务程 序应该设定好下一次传输的参数。当任务完成后，传 输停止。 !" -$ 计数信号与控制信号调整电路 输入信号主要包括数据采样信号和系统控制信 号，信号输入电路主要是去除干扰。在 &5 系统设计 中，主要采取光电隔离和信号平滑来处理信号干 扰［#］。由于控制系统和数据采集系统相隔较远，从探 头和控制系统送过来的信号会受到空间电磁信号的干 扰以及信号自身的反射而引起失真，在实际的工程运 用中，最佳的办法是采用光电藕合隔离技术，降低输入 级对输出级的影响。图 ! 中采用 56%+-# 光电隔离芯 片，它可以直接与 556 电平相连；另外，为解决输入信 号的“毛刺”或“尖峰”等问题，防止影响计数的准确 性，在信号进入计数通道和控制逻辑系统之前增加了 具有施密特特性的 786*#8 芯片，过滤“毛刺”，平滑信 号，保证计数和控制的正确性。 图 !$ 输入信号调整电路 !" !$ .’./（.9:;< ’= .9:;< /><）缓存器 .’./是一种先进先出存储器，允许同时异步进行 读写操作，读写之间互相独立。这里选用的是 !" !? 高密度 @高速 .’./’157-?!0#44 芯片，容量为 08 A B !0 C，工作频率最高达 #00 )DE，是 ’15公司 *>FG:*H=I !系列高性能同步 .’./ 中的一种。该系列芯片相比 以前的 .’./器件有很多独特的优点。如具有总线匹 配功能（即输入输出数据总线宽度可以不同，有几种 匹配方式供用户设置），还有标志位可编程功能以及 重发功能，使得设计者能够根据需要设置标志位的地 址，并且可以重新读取已经读过的数据。这些优点大 大增加了设计灵活性，给使用者带来很大方便。本方 案选用的是 !0 C J !0C的总线匹配方式，由于数据采集 传输只采用 !- 位模式，因此在数据总线端口需要屏蔽 高四位而成 !-C（ ’3）J !-C（/K5），可容忍 + ? 的输入 电压。采用 5L.%#-M 贴片封装形式。 !" 8$ 计数电路 当各输入信号有效，系统进行数据采集时，计数器 在采样信号的下降沿开始对各通道数据同时计数。当 采样信号的上升沿到来时，逻辑开始读各通道数据，通 道选择电路顺序对各通道进行选择（为保证能准确读出 数据，不出现总线争用，每一个通道选择后的下一个 %&’始终为空转，这样 - 个 %&’时钟读一个通道），顺序 读出各通道数据到外部 .’./中。采用!! )DE时钟，可 知，系统所能忍受的最小采样时间远远小于要求的 4" 4- *，因此，数据传输速率完全可以满足系统需要。 在设计中为节约板卡面积，采用了 5N’2O’P(5Q2 1(3-4 缓冲器。计数器、通道选择器、缓冲器均由 ?D16语言描述而成［0］。 !" +$ 系统工作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 当应用程序请求从数据采集卡读数据时，内核 ’ J /管理器将此请求打包成一个 ’N%（ ’ J /请求包），并 调用驱动程序读例程，如果设备不忙，就启动 1)( 传 输，就将此 ’N%加入 ’N%队列中。 启动设备 1)( 读时，先用传输数据的存储器地 址和要传输的数据长度写地址寄存器（)R(N）和写 传输计数寄存器（)R5&）。再设置中断控制状态寄存 器（ ’35&*N），使 1)(传输完成时能发中断，最后设置 -- 重庆大学学报（自然科学版）$ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 第 !4 卷 ??????????? http://qks.cqu.edu.cn 控制 !状态寄存器（"#$%），来启动 &"’传输。 当 &"’传输完成时，采集卡产生中断，( ! ) 管理 器调用中断服务例程和 &*#+)%,$%完成此 (%*，并从 (%*队列中取出下一个 (%*，启动下一次 &"’，这样不 断进行下去，直到 (%*队列完为止，如图 - 所示。 图 -. 系统工作流程 -. 结. 论 数据采集系统设计以高速 *#(总线及 *#(专用控 制芯片 $/011 为基础，在设计中采用 $/011 作为 *#( 总线控制器，以当前流行的 2&’ 设计手段为依托，同 时吸取了原有设计的诸多优点，如：前期信号调整电路 中使用光隔和施密特电路消除噪声，逻辑控制信号大 量采用缓冲器等以前的设计。设计的重点放在总线接 口的设计及 #*,&电路的设计上。 $/011 提供了 1 种数据传输方式，即邮箱方式、 *’$$345%6方式、+(+)方式，邮箱方式主要传送命令 和参数；*’$$345%6 可进行单周期传输和突发传输。 +(+)通道数据传输，可进行 &"’传输且逻辑简单，设 计给出了用 +(+) 通道构建的 &"’ 数据传输方式的 数据采集系统的硬件设计。 在用 +(+)方式构建数据采集系统中，为保持数 据采集的稳定和提高总线利用率，在数据被写入 $/011+(+)前，附加两个 7-8917: 的 +(+) 存储器，由 硬件逻辑控制电路控制采集数据写入外部 +(+) 和由 外部 +(+) 写入 $/011 内部 +(+)，再由 $/011 内部 +(+)的状态决定何时启动 &"’ 传输，并采用中断控 制数据采集。在设计制作中，编制了 ;&" 接口程序， 并进行了接口测试，同时该采集系统也用到了工业 #4 采集系统中，并获得了满意效果。， 参考文献： ［<］. 徐问之，张平，曾理= 一种工业 #4 机的计算机系统设 计［>］=重庆大学学报：自然科学版，<00?，@A（7）：］= 电子技术应用，@AA<，@7（0）：@A3@@= ［7］. 赵世霞，杨丰，刘揭生= C5&, 与微机接口设计［"］= 北 京：清华大学出版社，@AA-= !"#" $%&’()(#(*+ ,-)#./ *0 123 4’) 3+#.50"%. !"#$% &’() *#$% +’(,-’. （ (DEFEGHIJ #KLMFGNH 4NLKOHIMPQ %NENIHRP #NDGNH，#PKDOSTDO 6DTUNHETGQ，#PKDOSTDO -AAA1A，#PTDI） $6)#5"%#：’VGNH PIUTDO EGFWTNW GPN *#( :FE IDW RKLMIHNW GPN RIMI:TJTGQ，TG TE IDIJQXNW IDW RKLMIHNW TD RIMI:TJTGQ IDW !"#G IDW RKLMJNYTGQ KV EKLN ZTDWE KV IMMJTRIGTKD VKH WIGI IRSFTETGTKD EQEGNL，I PTOP EMNNW EQEGNL [PTRP RKLMKENW KV RPTM $/011 IDW #*,& TE WNETODNW= 7.- 8*59)：*# ( :FE；&IGI ’RSFTETGTKD；$/011；+(+)；#*,& （编辑. 吕建斌） 1@第