基于FPGA的PCI数据采集卡设计与研究

【摘要】随着科技发展，在现代化生产和人们生活中对于数据的传输和采集功能的需求越来越大。数据采集卡系统应运而生，特别是在卫星技术、雷达技术、大型数据中心、计算机技术、医疗器械等一些重要的领域，对于高性能和高数据存储速度的数据采集卡需求更大。随着IC技术的发展，特别是可编程逻辑技术和PCI总线技术的出现，使得设计大数据流的数据采集卡成为了现实，并且性能大大提高。本文提出了一种基于现场可编程逻辑器件的高速PCI数据采集卡的实现方法，使用xc3s500e型号FPGA芯片作为设计工具。采用的是32位33MHZ的PCI总线技术，其主要的接口和处理模块都在FPGA芯片上进行设计，并对数据采集和PCI总线协议进行了理论研究，而且给出了一种新的PCI数据采集卡设计的框架；在子模块设计方面，主要对数据采集模块、PCI接口模块、数据储存模块、FPGA模块进行了设计与实现，并且设计了上位机界面。最终的测试分别采用了1MHZ和0.5MHZ的正弦波，通过测试及逻辑功能的验证，结果具有一定的噪声，但其性能指标完全符合要求。在数据储存模块中使用了FIFO作为数据交换的一个媒介，大大提高了数据传输的效率，并且给出了FIFO的模块化设计方法，这种方法值得推广和应用。在FPGA上的设计使用了VerilogHDL硬件描述语言，并且采用算法状态机来设计状态机，这种算法状态机是当今国内最先进的状态机之一，本算法状态机与以往的状态机相比，很容易将语言描述的设计问题变成时序流程图的描述，时序流程图一旦形成，很容易进行硬件设计。最后通过软件测试得到了数据采集卡的传输速度约1.49MB/S。
【作者】班春成；
【导师】桂太龙；王建民；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，微电子学与固体电子学，2013，硕士
【关键词】FPGA；数据采集卡；PCI总线；算法状态机；

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