基于FPGA的PCI数据采集卡设计

摘要 论述了基于FPGA的PCI数据采集卡设计，板卡实现了查询、中断和DMA等多种方式读取数据，可以实时采集数据、实现大容量数据的缓存，还有效地解决了对数据高速采集、传输的需求，设计采用FPGA实现数据采集控制逻辑，减少了开发周期，并可在线修改设计和进行设计升级。
关键词 FPGA；PCI；数据采集

数字信号处理的出现改变了信息与信号处理技术，而数据采集作为数字信号处理的前期工作，在整个数字系统中起到关键性作用。

1 数据采集系统
数据采集是指从待测设备中自动采集信息的过程。图1显示了基于PC机的典型数据采集系统的各项组成部分。

选用PC机作为控制系统操作平台，为了能和外部设备通信，PC机提供了外置的USB、串口、并口及内置的ISA、PCI等接口。PCI总线接口速度快、系统占用率低，有完备的即插即用管理体制，是目前计算机插卡式外设总线的事实标准。本文利用FPGA通过PCI接口芯片与计算机进行通信，FPGA外接FIFO存储器，A／D转换数据直接存储在FIFO中，实现了数据的高速采集与连续稳定数据流的输出。

2 数据采集硬件设计
PCI数据采集板卡的硬件整体框架如图2所示。

2．1 PCI总线接口设计
PCI总线是一个地址／数据、命令／字节选择信号复用的总线。它采用主从信号双向握手的方式来控制数据的传输，其接口电路设计和传统总线接口电路设计有较大的差别，所以必须严格遵守PCI总线规范所规定的技术规范。本文采用PLX公司的PC19054作为PCI总线的接口控制器。PCI9054是专用的PCI接口芯片，它主要是将复杂的PCI时序转换为简单的时序。
2．2 FPGA设计
FPGA设计用超高速集成电路硬件描述语言(Very High Speed Integrated Circuit hardware Dessription Language，VHDL)实现，设计软件选用Quartus II。VHDL设计主要分为：总线读写设计，A／D控制设计，D／A控制设计，定时／计数器设计及DIO设计。