SOPC在PCI總線高速數據傳輸系統中的應用

　　隨著戰場電磁環境復雜程度越來越高，偵察與通信系統的融合成為一種必然的發展趨勢。數據量大、算法復雜是數字化偵察接收系統的主要特征。使用DSP和FPGA進行高速信號譜分析、濾波等預處理，借助通用計算機平臺實現信號的分選、顯示等后處理是一種理想的系統設計方案。因此，如何構建與PC機間的高速數據通道，便成了偵察接收系統設計中的關鍵問題之一。PCI （Peripheral CompONent Interconnect）總線，即外圍部件互連總線，是目前應用最廣泛的一種高速同步總線，在32位總線寬度33Mz時鐘下，其理論最大傳輸速率可達132Mbyte/s （64位總線寬度66MHz時可達到528Mbyte/s），因此成為上述偵察接收系統中高傳輸速率、低成本PC接口的首選實現方式。目前，實現PCI總線接口的常用方法有兩種：一是采用專門的PCI橋芯片實現PCI接口，如PLX公司的PCI905X系列芯片等；二是使用可編程芯片實現PCI接口。

　　集成電路技術的發展使得可編程芯片成本越來越低、資源越來越豐富，用戶可將PCI橋和其它用戶邏輯在一片可編程芯片上實現，其中后者不需要額外的PCI橋芯片，系統硬件電路得以簡化，系統的穩定性和可靠性更高，進而可以縮短系統開發周期。基于以上考慮，本文提出一種采用可編程片上系統（SySTem-On-Programmable-Chip,SOPC）實現偵察接收機PCI總線高速數據傳輸系統的設計方案，并采用直接存儲器訪問（DIRect Memory Access,DMA）傳輸方式來提高數據傳輸速率。

1 PCI總線接口方案設計

　　在PCI總線接口標準中，根據數據傳輸的發起者所在位置，PCI接口有從模式和主模式兩種工作模式。根據工作方式的不同，DMA傳輸方式可分為連續式DMA （Continuous DMA）和集散式DMA（Scatter-Gather DMA）兩種。

　　1.1 PCI模式的選擇

　　PCI總線標準中，由PC發起數據傳輸、讀/寫PCI接口卡的模式稱為從模式。這種模式只要求PCI接口設備具備PCI從設備的功能，接口邏輯相對較簡單；主模式是由PCI接口卡主動讀寫PC內存，PCI接口的邏輯相對復雜。頻繁地要求PC發起數據傳輸會占用PC的資源，為了減少PC的負擔，使其有更多的資源用于后續的數字信號處理，在偵察接收系統中，PCI接口卡的傳輸模式選擇主傳輸模式。

　　1.2 DMA傳輸方式的選擇

　　DMA是提高數據傳輸速率和微處理器使用效率的一種數據傳輸機制。連續式DMA用于實現連續數據塊的傳輸，即在一次DMA傳輸中設備端讀/寫物理地址連續變化（讀存儲器空間）或不變化（讀IO口），PC端的物理存儲地址連續變化。集散式DMA用于實現不連續數據塊的傳輸，各傳輸數據塊的起始讀/寫地址和長度都可以不同，它采用一個寄存器鏈表存儲每個數據塊的讀/寫起始地址和長度，DMA傳輸過程中自動從該鏈表加載地址和長度信息。集散模式DMA應用靈活，其缺點是在傳輸完一個數據塊之后要重新配置DMA控制寄存器的值，速度比連續模式稍慢。在偵察接收系統中，DMA傳輸模式選擇連續式傳輸模式。

　　1.3 PCI總線DMA傳輸方案設計

　　PCI接口總體結構框圖如圖1所示。數據輸入到乒乓RAM緩沖區，乒乓切換信號通知CPU數據準備好，CPU通過PCI橋的控制狀態寄存器判斷PC端是否備妥，如PC備妥則配置并啟動DMA控制器，DMA控制器讀口從乒乓RAM中讀數據，寫口將數據寫至PCI總線訪問端，PCI總線接口單元申請并獲得PCI總線訪問權，將數據送上PCI總線。