基于PCI总线的高速CCD图像存储系统设计

作者：时间：2013-02-05来源：网络收藏

4部分软硬件程序设计

　　PCI9054LocalBus硬件驱动

　　PCI9054局部总线是外设（FPGA）和9054之间通信的桥梁。9054图像数据的采集需要使9054局部总线信号满足一定的时序要求，保证数据传输的同步，即需要FPGA端硬件驱动。驱动是用VerilogHDL代码编写的一个状态机，代码如下[2][4]：

　　always@（posedgeCLK）

　　begin

　　casex（CurrentState）

　　1‘b0:begin

　　if（!LLADS_）

　　beginLLREADY=1;CurrentState=1;end

　　elsebeginLLREADY=0;end

　　end

　　1‘b1:begin

　　if（LLBLAST_）//突发循环重复

　　beginLLREADY=1;CurrentState=1;end

　　else//最后一个循环

　　beginLLREADY=0;CurrentState=0;end

　　end

　　default:

　　CurrentState=0;

　　Endcaseend

　　assignLLREADY_=（LLREADY）?1‘b0:1‘b1;

　　4.2PCI9054驱动层和应用层设计

　　系统所用PCI采集卡非windows标准硬件，驱动程序需要自行开发，这里使用WDM编程。为了提高速度采用双线程操作。由于写磁盘比较慢，如果等写完磁盘再读localbus显然效率太低，所以启动双线程双buffer读写数据[5]。

　　部分程序代码：

　　BOOLGetData（）

　　｛……

　　//创建等待驱动中断线程以及写文件线程

　　hEvent_Disk=GreateEvent（NULL,TRUE,TRUE,NULL）;hEvent_Mem=CreateEvent（NULL,TRUE,FALSE,NULL）;

　　_beginthread（WaitForDataThread,0,NULL）;_beginthread（WriteDiskThread,0,NULL）;

　　//启动DMA传输

　　SetDma（）;BlockDmaLocalToPci（dmabuffer,BLOCK_ONE_DMA）;

　　｝

　　voidWaitForDataThread（void＊pParam）

　　｛｝

　　voidWriteDiskThread（void＊pParam）

　　｛｝

　　4.3数据传输指令生成

　　PC应用程序产生数据传输指令，触发数据传输。指令的产生是通过9054在PC端的底层驱动，设置9054LOCAL端USERO管脚电平，使FPGA进入工作状态，并产生相机行触发信号（EXSYNC），触发相机拍照传输数据。USERO信号为高电平时，FPGA和9054都处于等待状态;USERO下降沿触发数据传输，使FPGA和9054进入工作状态;数据传输完毕，USERO拉高。时序如图3。

图3数据传输协议

5系统测试及工程考虑

　　本系统测试微机环境为：CPU，Pentium（R）4.2.40GHz;内存，333MHz,512MB/s;北桥芯片，845PE;操作系统，WindowsServer2003;SCSI硬盘空间，120G。

　　系统测试结果：图像单线稳定存储速率为37.2MB/s，流水线稳定存储速率为71.2MB/s;持续记录时间为25分钟。

　　工程考虑：系统速度主要限制于两个瓶颈，一是硬盘本身，二是PCI总线。本系统虽然采用了高速硬盘，但还有一个操作效率的问题。数据从FPGA到PCI9054的传输介质采用一般硬盘线，此类硬盘线的上限频率为33M，限制数据采集速度;同时由于系统需要通过PCI总线转移数据，而计算机的PCI总线多为32位、33MHz的总线，这个总线的理论数据为132MB/s，当总线上仅仅有一个设备时，实测实际总线持续传输速率在100MB/s以下，当总线上再挂载磁盘适配器时，总线的数据传输速率会更低。系统稳定性主要取决于FPGA内部逻辑的容错性和微机的稳定性。在高速存储的环境下，微机系统容易死机，因此微机选择具有高稳定性的WindowsServer2003操作系统作为图像采集的存储环境。

　　本文作者创新点是利用FPGA和PCI9054完成了对高速、高分辨率图像的采集存储。

参考文献：

　　1.High-SpeedTDILineScanCamera-CameraUser’sManual.America:Dalsa,2002

　　2.PCI9054DataBook.America:PLXTechnology,2000

　　3.王洪迅等，高速侦察图像数据的获取与缓冲.微电子学与计算机[J].2004,10-1

　　4.杜建国，VerilogHDL硬件描述语言[M].北京：国防工业出版社，2004

　　5.裴喜龙，基于PCI总线的高速数据采集卡系统设计与实现.微计算机信息[J]，2006，7-1：129-131