PCI总线接口技术及其在雷达显示数据采集中的应用
摘要：新兴的雷达显示技术对雷达信号的数据采集和处理提出新的要求。论述了PCI总线及其接口芯片9054的性能特点，并介绍了一种基于它的高速雷达显示数据采集卡。
关键词：PCI总线；显示系统；总线控制器
引言
近年来，雷达显示技术经历了显著的变革。传统的雷达显示技术通常基于专用的图形处理芯片，通过大量的硬件化设计来完成，兼容性和升级能力差。为此，新兴的雷达显示技术开始向完全基于通用PC机的软件化方向发展，这就对雷达信号的数据采集和处理提出新的要求。作为雷达显示的前端，数据采集板不可或缺，目前大部分的数据采集板仍是基于ISA总线的，由于其速度低不能实现实时传输，已满足不了这种基于PC机的新型雷达的需求。PCI总线，即外围部件互连总线，是目前比较流行的、先进的高速同步总线，其高数据传输率使数据的实时高速传输成为可能，开发以此为基础的数据采集板也就成为技术发展的必然要求。
PCI总线及其接口技术
1991年，Intel首先提出PCI(perripheral component interconnect)总线的概念，并与几大公司联合，于1993年推出PC局部总线标准PCI总线。其结构特点如下：
(1)高性能，32位/64位总线，数据传输速率可达132/264MB/s。
(2)兼容性强，独立于CPU的结构，通过主桥路与处理器相连，通过改变主桥路可连接不同的处理器，适用于各种类型。
(3)线性突发的数据模式，确保总线数据不断满载，从而有效地利用总线的带宽去传送数据，以减少无谓的地址操作。
(4)易于使用，自动配置功能，支持PCI设备的即插即用。
成本低，扩展性强，多路复用结构，其扩展卡可在基于ISA、EISA的系统中工作，减少成本及复杂程度。
PCI总线是一个地址/数据线复用、总线指令与字节选择复用的总线。它采用主从信号双向握手的方式来控制数据的传输，其接口电路设计大体有2种方式：使用可编程器件或使用专用接口芯片。前者的优点在于其灵活的可编程性，而专用接口芯片可以实现完整的PCI主控模块和目标模块的接口功能，让用户集中精力于其应用方面的设计，而不再费力于调试PCI总线的接口。本设计中我们选用PLX公司的PCI9054。
雷达显示数据采集卡的功能与结构
雷达显示数据采集卡的功能是对视频信号和动目标信号进行采样，并对采样值进行处理，最终将数据以DMA方式通过PCI总线送到内存为显示所用。其结构框图如图1所示。
图1 采集卡结构框图
采样控制和缓冲
采样控制电路主要完成视频信号和动目标信号采样，并对采样值进行处理，我们选用ALTERAL的EPF10K20(EPLD芯片)来完成采样后的数据处理。在EPLD内部根据由网络传过来的量程和显示模式信号对采样数据进行相关处理和小目标的放大。当信号小于一定值，则认为没有信号；信号值落在某一区间，为了观察方便要将其放大。EPLD同时完成距离计数、角度计数和相关逻辑的控制。前端送来的角度增量和主脉冲等信号作为EPLD内部计数的时钟、计数保持和清零信号。
数据缓冲由2组FIFO完成。EPLD对2组FIFO交替写数，后面PCI9054对这2组FIFO交替读数。当FIFO满时送出满标志(FF)信号。满标志信号有效时，禁止写操作。FIFO为空时送出空标志(EF)信号，当空标志信号有效时禁止读操作。FF和EF送出到EPLD。EPLD控制FIFO的复位、读使能R和写使能W。要读数据时，先向EPLD发出读指令，EPLD选通1组FIFO，向PCI9054回送READY信号。具体框图如图2所示。
DMA数据传输
基于PCI9054的直接存储器存取(DMA)传输是核心部分。PCI9054是PCI总线的专用接口芯片。该芯片符合PCI总线规范2.2版，突发传输速率峰值可以达到132MB/s。局部总线支持复用/非复用的32位地址/数据，有M、C、J三种模式。PCI9054支持PCIIntiator、PCITarget和DMA三种传输模式。在DMA模式中，PCI9054集成了2个互相独立的DMA通道，每个通道都支持BlockDMA和Scatter/GatherDMA，其内部有6个专用的FIFO存储器，其中有2个专门用于DMA的读写操作。这里我们选择的是BlockDMA方式。
在BlockDMA中PCI9054对于PCIBUS和LocalBUS都是主控者。首先Local端请求占用LocalBUS，得到允许后，发出读(LW/R)请求信号，进行读操作，将Local端的数据根据所设置的起始地址装载到FIFO。然后PCI9054申请占用PCIBUS，内部的DMAC接管对于总线的控制权，卸载FIFO中的数据，将其写到相应的存储空间。REQ#、GNT#、LHOLD、LHOLDA为PCIBUS和LocalBUS的仲裁信号。IRDY#和TRDY#分别为主设备准备好信号和从设备准备好信号，当两者同时有效时，才能真正进行数据传输。其原理图如图3所示。
此外，PCI9054还需要一个EEPROM对9054进行配置，在上电时PCI9054会检测EEPROM是否有效。配置的内容中主要是设备的VendorID和DeviceID，系统用此来标识PCI卡。单靠硬件无法将数据送到内存供显示读数所用。设备驱动程序是连接到板卡的软件接口，主要完成设备初始化、对端口的读写操作以及对内存的直接读写。我们选用的驱动程序开发工
图2 采样控制和缓冲电路
图3 DMA，Local-to-PCIBus原理图
具是Windriver。Windriver与DDK和VtoolsD相比，适应面比较窄，但是它主要针对ISA/PCI插卡，还包含一个代码生成器WindriverWizward和针对于PCI9054的函数，所以开发比较简单，周期比较短。
结束语
雷达显示完全基于普通的PC机，由软件完成一些原来用硬件完成的工作，其对于时间的要求是比较严格的。而利用PCI总线进行DMA传输，有效地满足了数据传输的实时性要求。随着雷达显示技术的变革，这种基于PCI总线和专用总线接口芯片、以DMA方式进行数据传输的雷达数据采集卡有着广阔的发展前景。