本文關鍵詞：PXIExpress總線接口DMA控制器及驅動設計與實現(xiàn)

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【摘要】：當前無線通信信號的組成愈加復雜,它有著帶寬高、功率低、傳輸率高等特點,因此對其進行實時測試的難度越來越大�；趥鹘y(tǒng)的PXI總線架構的實時頻譜分析技術并不能滿足寬頻帶條件下對高數(shù)據(jù)量的處理需求,傳統(tǒng)的并行總線系統(tǒng)平臺已經不能滿足如今對信息實時性處理的要求,如何把具有高吞吐量的數(shù)據(jù)總線和高速數(shù)據(jù)傳輸機制應用在測試測量領域內,有著重要的現(xiàn)實意義。本文是在教研室研發(fā)的基于PXI總線的實時頻譜分析儀的基礎上,引入了基于PXIe總線的實時頻譜分析儀設計。本論文主要實現(xiàn)基于PXIe總線的DMA控制器設計及其驅動程序的開發(fā),實現(xiàn)過程中主要包括三部分,分別是PXIe連接器的硬件電路設計、在FPGA中實現(xiàn)PXIe總線協(xié)議和DMA控制器邏輯電路設計、根據(jù)設計好的硬件板卡進行基于WDF框架的驅動程序設計。具體來說,硬件電路設計中對PXIe硬件規(guī)范和傳輸協(xié)議進行了深入研究,設計了以Xilinx公司Kintex7 160t型號的FPGA為主體器件的PXIe高速接口硬件電路;邏輯設計中,為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸,引入了DMA數(shù)據(jù)傳輸機制,即在FPGA中實現(xiàn)DMA控制器的設計,包括寄存器管理和內存管理機制,重點在于簡化DMA控制邏輯,構建即節(jié)約FPGA的邏輯資源又要達到數(shù)據(jù)的高效率傳輸,因此在DMA控制邏輯設計中用到了數(shù)據(jù)分割算法,這樣對大數(shù)據(jù)量的傳輸提供了一種更高效的方法;驅動程序設計中,結合Windows驅動程序的原理對WDF驅動框架與運行機制進行了詳細的分析,針對驅動中設備對象、主要函數(shù)和初始化等關鍵技術進行了探討。在完成PXIe接口硬件板卡的調試后,把其插在NI公司開發(fā)的PXIe工控機中,然后安裝自己開發(fā)的PXIe板卡驅動程序,使用Xilinx ISE14.7綜合開發(fā)平臺中的Chipscope軟件對PXIe接口協(xié)議和DMA控制器的各個邏輯模塊進行在線調試和驗證。最終測試結果表明,上位機發(fā)起DMA讀速率達到了5.78Gb/s,DMA寫速率為13.3Gb/s,并且驅動程序可以穩(wěn)定的運行在Window XP系統(tǒng)下,完全滿足實時頻譜分析儀系統(tǒng)的帶寬要求。
【關鍵詞】：實時頻譜分析儀系統(tǒng) PXI Express DMA WDF
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP336;TP334.7
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內外研究動態(tài)13-14
• 1.2.1 國內外實時信號頻譜分析儀的發(fā)展狀況13
• 1.2.2 儀用總線的技術發(fā)展歷程13-14
• 1.3 本文的主要工作及研究內容14-15
• 1.4 論文結構安排15-17
• 第二章 PXIe相關理論與技術17-24
• 2.1 PXIe體系結構17-20
• 2.1.1 PCIe層次結構17-19
• 2.1.2 PCIe系統(tǒng)拓撲19-20
• 2.2 PCIe總線事務技術20-22
• 2.2.1 PCIe總線事務20
• 2.2.2 事務層協(xié)議20-22
• 2.3 PXIe驅動編程關鍵技術22-23
• 2.3.1 中斷處理技術23
• 2.3.2 DMA傳輸技術23
• 2.4 本章小結23-24
• 第三章 PXIe總線接口總體方案設計24-34
• 3.1 總體方案設計24-26
• 3.1.1 總體功能要求與技術指標24-25
• 3.1.2 總體方案25-26
• 3.2 PXIe接口硬件電路方案設計26-27
• 3.3 PXIe接口邏輯方案設計27-33
• 3.3.1 DMA控制器邏輯28-31
• 3.3.2 PXI Express接口邏輯31-33
• 3.4 本章小結33-34
• 第四章 基于FPGA的PXIe總線接口的設計與實現(xiàn)34-55
• 4.1 PXIe硬件電路設計與實現(xiàn)34-39
• 4.1.1 PXIe硬件接口詳細設計34-36
• 4.1.2 PXIe硬件接口電路實現(xiàn)36-39
• 4.2 PXIe接口邏輯設計與實現(xiàn)39-54
• 4.2.1 PXIe接口邏輯詳細設計39-41
• 4.2.2 DMA控制器實現(xiàn)41-54
• 4.3 本章小結54-55
• 第五章 基于WDF驅動程序設計與實現(xiàn)55-66
• 5.1 WDF驅動程序設計55-59
• 5.1.1 Windows驅動程序框架55-56
• 5.1.2 WDF驅動程序基本架構56-57
• 5.1.3 設備對象及其層次57-58
• 5.1.4 Driver Entry和Evt Driver Device Add例程58-59
• 5.2 WDF驅動程序實現(xiàn)59-63
• 5.2.1 驅動開發(fā)平臺的搭建59-61
• 5.2.2 PXIe接口驅動程序入口函數(shù)61-62
• 5.2.3 PXIe驅動程序及其設備的初始化62-63
• 5.3 DMA編程實現(xiàn)63-65
• 5.3.1 驅動程序中DMA實現(xiàn)方法63-64
• 5.3.2 DMA編程時對緩沖區(qū)的使用64
• 5.3.3 中斷處理64-65
• 5.4 本章小結65-66
• 第六章 PXIe總線測試驗證與結果分析66-76
• 6.1 測試平臺搭建和測試方案66-68
• 6.2 驅動程序的調試與安裝68-69
• 6.3 實時頻譜分析儀系統(tǒng)中PXIe總線接口通信測試69-74
• 6.3.1 基于PIO方式的測試69-72
• 6.3.2 DMA功能測試72-74
• 6.4 DMA傳輸性能測試74-75
• 6.5 本章小結75-76
• 第七章 總結與展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-81

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