一、题目来源

科研真题

 

生产实际

 

实验室建设

 

其它

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二、研究目的和意义

总线是计算机系统中广泛采用的一种技术，任何一个处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计和系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这样的共用连接线路被称为总线。微型计算机系统中广泛采用总线结构，其优点是系统成本低、组态灵活、维修方便。采用总线标准设计、生产的硬件模块兼容性强，并通过系统总线可以方便的组合在一起，以构成满足不同需要的微机系统。

PCI 局部总线不仅是目前最新的计算机总线, 而且是一种兼容性最强、功能最全的计算机总线。它可同时支持多组外围设备, 而且不受制于处理器, 为CPU 及高速外围设备提供高性能、高吞吐量的数据通路。PCI 总线是一种高速同步总线, 具有32bit 总线宽度, 工作频率是33MHz, 同时也支持64 位总线宽度, 66MHz 的工作频率, 最大传输速率达528Mbyte/s, 远远大于ISA 总线5Mbyte/s 的速率。另外, PCI 总线对PCI 扩展卡及组件能够自动配置, 实现设备的即插即用, 而且还具有低随机访问延迟、处理器/内存子系统能力完全一致等优点。这些优点都是其它总线所不能及的, 因此PCI 总线被计算机界公认为最具高瞻远瞩和发展潜力的局部总线标准。

随着图形用户界面(GUI) 、高清晰度电视(HDTV) 、三维视频多媒体显示等新技术的发展以及高速通讯系统的广泛需求,PCI 总线具有越来越广阔的应用前景。针对这种趋势, 国外许多芯片厂家设计生产了各种各样的PCI 专用集成电路, 可以实现完整的PCI 接口功能, 将复杂的PCI 总线接口转换为相对简单的用户接口, 缩短了开发周期。但是这样设计的缺点是用户可能只用到部分PCI 接口功能, 造成了一定的逻辑资源浪费,而且专用集成电路也缺乏灵活性, 很可能增加电路板上的组件, 导致产品成本的增加和可靠性的降低。

目前开发PCI 接口大体有两种方式。一是使用专用的PCI 接口芯片, 可以实现完整的PCI 主控模块或目标模块功能, 将复杂的PCI 总线接口转换为相对简单的用户接口, 但缺点是用户可能只用到部分PCI 接口功能, 而且缺乏灵活性, 增加板上的组件, 导致产品成本的增加。二是使用可编程器件, 其优点在于灵活的可编程性, PCI 接口可以依据插卡功能进行最优化, 而不必实现所有的PCI 功能, 而且用户可以将插卡上的其他用户逻辑与PCI接口逻辑集成在一个芯片上, 实现紧凑的系统设计。现在已经有越来越多的用户使用可编程器件如FPGA、CPLD 进行PCI设备的开发。

随着FPGA（现场可编程门阵列）技术的快速发展，很多制造厂商都开始供PCI接口核逻辑(IP core)，设计者可以将PCI用户逻辑和PCI核逻辑集成到FPGA里面，并且可以在顶层通过仿真来验证PCI接口以及用户逻辑设计的正确与否，这样较之使用那些PCI专用接口芯片，使用IP core就可以大幅度的提高调试度，缩短开发周期，提高电路板的集成度和系统的性能。 

三、阅读的主要参考文献及资料名称

1）Advanced FPGA Design Architecture, Implementation, and Optimization，Steve Kilts Spectrum Design Solutions Minneapolis, Minnesota，The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York

2）FPGA嵌入式系统设计，孟宪元 等，电子工业出版社，2007年

3）VHDL教程(原书第3版) (美)巴斯克尔 ，机械工业，2006

4）曾家智，向世清.微型计算机系统与接口. 成都电子科大出版社

四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

PC工总线作为一种同步的独立于处理器的高性能局部总线，是目前技术成熟的总线中速度最快，性能最稳定的，最能充分利用系统资源的总线形式，已广泛用于PC、工作站及其他许多封闭式和开放式系统，PCI芯片的市场需求将是十分巨大的。针对这种趋势，国外许多芯片厂家设计生产了各种各样的PC工专用接口芯片。但是这些专用芯片功能繁杂、不能灵活配置、不利于系统的升级优化。为此，各大FP以厂商纷纷推出基于各自可编程逻辑器件结构与工艺的PCI的IP(Intellectual Property，知识产权)模块(软核、固核或硬核)。

Intel于1996年7月正式推出了AGP(加速图形接口，Accelerated Graphics Port）接口，这是显示卡专用的局部总线，是基于PCI2.1版规范并进行扩充修改而成，工作频率为66MHz，IX模式下带宽为266MB/S，是PCI总线的两倍。来依次又推出了AGPZX、AGP4X，现在则是AGPSX，传输速度达到了2.IGB/S。国内目前有许多的工控计算机开发厂商，他们现在也都在开发PCI总线的设备，同时PCI总线设备也是今后开发的方向和重点。所以PCI总线的设备前景很好，当然PCI总线控制芯片作为此类设备的核心，市场需求将会很大。

目前国内系统厂家的PCI总线接口绝大部分采用国外的PC工专用芯片，如TUNDRA公司的Ospan、PLX公司9054和9052、INTEL公司的21554等。目前国内也有自主开发的PCI接口芯片但很少，例如南京沁恒公司的 CH365，而具有自主知识产权的PCI总线接口IP核几乎没有。

五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

本设计采用FPGA开发和编程工具对PCI总线接口进行设计，FPGA设计流程是指利用FPGA开发和编程工具，采用可编程逻辑器件实现待设计芯片的过程，完FPGA设计流程包括电路设计与输入、功能仿真、综合、综合后仿真、实现线后仿真与验证、板级仿真验证与调试等主要步骤。

主要研究内容：

PCI总线,由于其优异的性能被广泛应用于数据采集和控制系统,相对于专用的PCI接口芯片来说,用FPGA设计PCI接口显得更加自由灵活.为在FPGA上实现简化的PCI接口控制器采用模块设计的方法,将PCI接口逻辑分成四个模块,研究状态机模块的设计,研究PCI总线优于ISA总线部分：

 (l)独立于处理器。(2)低功耗。(3) 高传输速度。32位PCI总线在读写传送中支持每秒132MB的峰值传送速率，对于64位PCI传送支持每秒264MB峰值传送速率。对于64位66MHz PCI总线，传送速率可达到每秒528MB ISA总线的传送速率每秒只有20MB左右。(4)地址自动配置。配置寄存器的全位级别规范，支持自动的设备检验与配置PCI设备的内存和I/O地址是由软件在系统启动时自动配置的，不需要像ISA总线那样手动设置。

解决思路：

PCI总线的实现方法一般有3种：

（1）ASIC上带有PCI总线接口，有些专用集成电路上带有PCI接口，使用起来非常方便，但是带PCI接口的专用集成电路非常有限。

（2）采用市场上一些专用的PCI接口芯片。

（3）用现场可编程逻辑门阵列FPGA实现。

基于模块化的设计是 CPLD/ FPGA 设计经常采用的方法.官方的 IP 核也多采用这种方法，本论文设计思路从PCI接口包含的几个模块：

配置模块，状态机模块，地址命令译码模块，奇偶校验模块

六、完成毕业设计(论文)所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法

实验设备：开发板一块

开发工具：VHDL开发软件

七、工作的主要阶段、进度与时间安排

9月11日-9月20日  　收集整理资料，构思设计的思路和方法，完成开题报告；

9月21日-10月15日 　拟定设计方案，进行硬件设计；

10月16日-11月30日　熟悉编程环境，进行软件设计；

12月1日-12月10日   系统调试，修改错误和缺点，优化设计方案；

12月15日-1月7日    写毕业论文和论文答辩