基于Virtex-6的PCI Express高速采集卡设计

初始化KMemoryRang类的操作是在驱动程序启动例程中执行的，主要执行程序如下：

当驱动程序完成初始化时，应用端软件将通过inb()和outb()等函数对外部硬件电路进行访问，读写数据。
3．2 DMA传输实现
采用DMA传输能极大的减轻主机处理负担，特别适用于大数据量处理系统。采用DriverWorks提供的KDmaAdapter类可轻松建立一个DMA传输链路，实现DMA读写操作。用于FPGA总线协议模块软件层完成了相关DMA传输的控制，所以驱动程序DMA传输只需子在系统启动DMA传输时，身心相应的内存作为公共缓冲区，用于外部DMA控制器存入数据文件，这里需要调用DriverWorks提供的KCommonDmaBuffer类，该类常用函数如表2所示。

VirtaulAddress()函数返回的内核模式地址是提供给驱动程序读写公用缓冲区用的，而进行DMA传输时需要用到缓冲区的物理地址，也即需要写入DMA参数寄存器的是缓冲区的物理地址。
3．3 总线中断处理
采集卡一共需要处理三种中断请求，分别是DMA写完成，DMA读完成和错误中断请求。在Driver Works平台中，KInterrupt类可用于处理硬件中断，其主要函数包括中断寄存器初始化，中断连接函数，实现了将一个中断服务例程连接到一个中断和解除其连接等。
中断处理函数首先在驱动程序构造的函数中调用MEMBER_ISR(class_name，fuction_name)，声明中断服务例程为该类的一个成员函数，接着在驱动程序驱动例程中调用InitializeAndConnect()，初始化中断类实例，并与中断服务例程连接起来。
这样就完成了对外部硬件中断的处理，当每次驱动程序检测到硬件产生中断脉冲时，中断服务函数随即被调用，从而转入相应中断处理程序中执行。

4 采集卡性能测试
为测试采集系统性能，自行设计了应用软件对采集卡数据传输速率进行统计，在Windows环境下，采用多种数据量进行DMA方式读写。应用端软件根据数设定的数据包大小，申请不同的内存空间，并将虚拟地址映射到FPGA的DMA寄存器。实际测试采集速率结果如图4所示。

根据图4的测试结果，总线DMA传输速率与数据块大小相关。当设定系统数据块(即开辟的主机内存)大于32 Mb时，采集卡的采集速率稳定在5．6 Gb／s。实验结果表明，该系统大幅度地提高了数据交互速度，发挥了PCI Express总线的优越性能。

5 结语
本文应用Xilinx公司的VirteX-6芯片设计了PCIExpress高速采集卡，通过调用FPGA内部的PCIE集成协议硬核，配合总线DMA控制器，能够快速可靠地采集外部差分数据，具有解码、整形，高速采集存储的功能，是大数据量交互的有效解决方案。