基于PCI总线的高速数据采集系统设计

1、基于PCI总线的高速数据采集系统设计 答辩人：王广领 指导教师：刘建飞教授 2005年3月5日论文主要内容课题研究的目的和意义PCI总线的概述PCI9054PCI接口芯片介绍数据采集系统设计PCI数据采集板的驱动程序设计一、课题研究的目的、意义1.1 数据采集系统的现状： 现今电力系统常用的数据采集系统很多，效果也不错，但是也存在一些不足。常见的主要有以下一些方面： 数据采样率较低有些没有GPS对时一些高速的通用数据采集系统价格昂贵一、课题研究的目的、意义1.2 电力系统对数据采集的新要求： 暂态保护的发展 故障测距的要求 PMU的应用 要求高速采样，快速传输，精确的对 时 一、课题研究的目的

2、、意义1.3 高速数据采集系统的可行性：高速AD转换芯片速度越来越快，价格越来越低，从技术和经济性考虑成为可能高速总线的广泛应用，为数据的海量存储和高速传输提供了可能性二：数据采集系统的设计2.1 本数据采集系统工作示意图返回2.2 总线的选择总线选择的原则各种总线的比较 PCI总线的特点 2.3 PCI总线接口PCI9054由于PCI总线的接口逻辑关系比较复杂，其配置读写功能及数据传输协议用普通的逻辑电路很难实现，因此采用专用的PCI接口芯片来简化系统设计。具有很多好的重要特性：符合PCI V2.2规范在PCI总线和LOCAL BUS间的数据传输高133MB/S提供了一个串行的EEPROM配

3、置接口提供主模式，从模式，DMA模式数据传输提供了与PCI总线和LOCAL总线的接口系统图2.4 I/O部分设计I/O部分设计采用了模块化设计模块化设计的优点当今模块化设计的现状本数据采集系统模块化设计的目标本数据采集系统模块化设计的方案选择系统图2.4 I/O部分设计（1）交流插件设计系统图2.4 I/O部分设计（2）背板的设计 背板信号线： 电源线，地线，对称分布于背板上，可以抑制干 扰 通信信号线，包括，现场总线 ，用于确定板子地址 控制用于进行转换的交流插件2.5 PCI接口电路板设计（1）PCI接口电路结构图：2.5 PCI接口电路板设计（2） AD转换电路 VFC变换的优势与不足

4、前端调理电路硬件示意图2.5 PCI接口电路板设计（3）PCI9054与PCI BUS的接口 PCI9054与PCI BUS的接口非常简单， 只 要将芯片的相应信号线与PCI插槽 的信号线相连就可以了。硬件示意图2.5 PCI接口电路板设计（4）PCI9054与LOCAL BUS接口PCI 9054本地总线有三种工作方式，M模式，C模式和J模式，我们采用C模式。数据传输模式有主模式，从模式和DMA模式，我们采用DMA模式。 PCI总线与LOCAL总线间的数据传输由一片CPLD控制 ，控制编程使用Verilog实现，使用MAX+PLUS辅助设计。硬件示意图2.5 PCI接口电路板设计（5）PCI

5、 9054与EEPROM的接口EEPROM有引脚，CS，SK，DI，DOPCI9054有相应信号EECS，EEDI/EEDO，EESK相应的引脚相连就可以了。硬件示意图2.5 PCI接口电路板设计（6）PCI9054寄存器配置PCI9054的配置信息主要包括以下信息：设备识别号，供应商代码号，LOCAL总线三个空间的大小以及三个空间的基址等。计算机启动时将会根据配置信息配置好我们申请的资源。硬件示意图2.5 PCI接口电路板设计（7）系统地址映射如下：地址偏移寄存器功能0FIFO数据（32位）从这个地址读取FIFO数据4FIFO状态（8位）读FIFO状态5FIFO状态读FIFO状态6计数器和G

6、PS读计数值和GPS信号7用户IO和中断操作用户IO和中断2.5 PCI接口电路板设计（8）抗干扰方面的设计电源，地线尽量对称分布，采用了敷铜PCI9054接口芯片尽量接近PCI插槽，不超过1500mil。AD输入采用了差分输入可以消除共模信号2.6 数据采集板的驱动程序设计 驱动程序开发工具的选择用DriverWorks所编写的WDM驱动程序的基本结构开发PCI设备驱动程序的关键问题内存的访问中断的处理DMA处理2.6 数据采集板的驱动程序设计内存的访问类KMemoryRange封装了对PCI设备的映射内存的访问。在OnStartDevice函数中，初始化如下：status = m_Memo

7、ryRange0.Initialize(pResListTranslated,pResListRaw,PciConfig.BaseAddressIndexToOrdinal(0); 就可以调用类的成员函数进行访问了。2.6 数据采集板的驱动程序设计中断的处理在OnStartDevice函数中，调用KInterrupt的成员函数InitializeAndConnect初始化中断变量和调用宏LinkTo连接中断例程。status = m_Irq.InitializeAndConnect(pResListTranslated,LinkTo(Isr_Irq), this); 2.6 数据采集板的驱动程序设计DMA处理2.7 调试交流插件的调试PCI接口电路板的调试系统图三. 总结本设计提出了一种实现交流插件可配置的模块化设计方法利用Protel工具进行了原理图与PCB图的绘制 ，并完成了电路板的制作。利用Drive Works完成了系统的驱动程序的设计 进行了系统调