基于PCI总线模块的多通道串行数据采集系统设计

目前市面上有多种数据采集卡，但其应用都具有一定的局限性，不可能完全满足用户的需求。本文介绍的数据采集卡可应用于某视频图像采集系统中，数据源发送多路同步串行数据，然后经过数据采集卡传入上位机用以进行后续分析。上位机向外写控制字并转换后以异步串行方式输出。用以控制视频图像的采集。本系统将PCI接口逻辑和其他用户逻辑集成于一片FPGA中，因而大大节省了资源，便于进行串口扩展及其他功能的添加，性能良好，用途广泛。

1 PCI总线

PCI总线是一种高性能的局部总线，具有32位可升级到64位的、独立于CPU的总线结构。工作频率为33/66 MHz，最高传送速度可达132 MB/s(32位、33 MHz)或528 MB/s(64位、66 MHz)。

PCI总线定义了Memory(存储器)空间、I/O(输入/输出)空间和配置空间3种地址空间，并具有两种工作模式：其中主模式下的PCI设备具有总线控制权，可以实现DMA传输;而被主设备控制进行通信的称为从模式(TARGET)。

1.1 PCI总线的配置空间

所有的PCI设备都必须实现配置空间，该空间分为首部区和设备有关区。首部区中的强制性寄存器有：供应商代码(Vendor ID)寄存器用于标明设备制造商)，设备代码(Device ID)寄存器(用于指明特定的设备，它由供应商分配)，版本识别(Revision ID)寄存器，首部类型(He-ader Type)寄存器和类别寄存器(Class Code)。以上五个寄存器均可用于PCI总线上设备的识别。另外，首部区中还有两种必须实现的寄存器：其中命令寄存器用于存放PCI命令，而设备状态寄存器则用于记录PCI的状态信息。

操作系统在启动时应判断系统中有多少存储器、以及I/O设备需要多少地址空间，然后建立统一的地址映射关系，这时的PCI设备需要用到基地址寄存器。另外，若要实现中断，还必须设置中断引脚(Interrupt Pin)寄存器和中断线(Interrupt Line)寄存器。

1.2 PCI总线的中断机制

PCI总线的硬件中断方式分为边沿触发和电平触发，PCI设备为低电平触发(level-sensitive)。PCI总线上有4条中断请求信号线：INTA #、INTB#、INTC#、INTD#，中断引脚寄存器的值01H～04H分别对应4条中断线，单功能PCI设备只能使用INTA#。此外，使用了中断引脚的设备还必须实现中断线寄存器。POST例程(加电自检测程序)在进行系统初始化和配置时还要将中断线信息写入该寄存器。PCI总线中断是可以共享的，这一方面解决了中断资源紧张的问题，但另一方面也会给PCI中断的实现带来麻烦。

2 系统硬件实现

2.1 PCI配置寄存器的设置

Altera公司的PCI编译器(PCI Compiler)提供有使用Altera器件实现PCI接口设计的完全解决方案。其中包括4种PCI接口兆核函数(PCI IP)及相关测试平台。

通过PCI编译器的IP工具台或直接编辑生成的兆核函数头文件可以设置并修改PCI的配置空间信息，本系统的主要配置信息如下：