基于PEX8311 PCIE总线的高速图像采集系统设计

3 系统软件设计
3．1 FPGA逻辑程序
使用Verilog编写FPGA逻辑控制程序，共有5个底层模块和1个顶层模块。每个模块负责不同的功能。顶层模块为PCIE_CAMLINK模块，它通过调用其他模块的功能来实现整个系统的功能；CAMLINK模块用来控制Camera Link接口的读写；DoubleSdcon模块用来控制SDRAM芯片的使能和读写，实现图像的乒乓操作；FIFO模块用来缓冲数据和匹配各芯片的工作速度；C_16450模块进行串行到并行的转换，完成对CamLink相机的控制；PEX8311-LOCAL模块用来控制PCI—Express接口部分的读写，也就是对PEX8311芯片进行控制，对PEX8311的控制是实现PCI—Exp-ress总线的关键。
设计中是通过编写状态机(FSM，Finite State Machine)来对PEX8311的读写进行控制的。图3为PEX8311的单周期读写的Verilog HDL语言时序控制状态机设计。状态0为空闲状态，如本地总线请求信号LHOLD被置为1，则转到状态1，否则停留在状态0。状态1为总线保持状态，在此状态下应将本地总线响应信号LHOLDA置为1。如ADS信号为0且LW／R为1转到状态2；如ADS信号为0且LW／R和BLAST都为1转到状态3，为单周期读状态。状态2为单周期写状态，在此状态下要置READY信号0，以表示写数据有效，在BLAST为0时转到状态3。状态3为读写完成操作状态，当LHOLD被置为0时，表明PEX8311不再请求本地总线，转到状态0，当BLAST为0且LHOLD为1时，表明PEX8311还要进行读写数据，则转到状态1继续。

3．2 驱动程序
PCI—E总线与PCI总线在软件层是完全兼容的，因此PCI—E总线驱动程序的开发过程与PCI设备驱动程序的开发过程是一样的。本设计使用VC++6．0和开发工具包Driver Studio(DS)进行驱动程序的开发。DS可以集成到Visual C++环境中，针对特定的应用生成相应的驱动程序框架，在编程中采用面向对象的编程方法，极大地提高了编程效率。
驱动程序主要完成的功能：1)设备的初始化，找到所要控制的硬件，在驱动程序对象中设置驱动程序分发例程的程序入口点，建立所有驱动程序对象或其他系统资源；2)创建设备对象，利用AddDevice函数创建了一个设备对象，并将其连接到以PD0为底的设备堆栈中；3)中断的响应与处理，完成对外部硬件中断的响应并将中断信息传递给应用程序；4)DMA操作，完成DMA的读写操作并在DMA传输结束后产生DMA中断，通过响应的DMA中断，将传输的数据发送到外部总线或应用程序。

4 实验结果
通过编写上位机程序对系统的传输性能进行测试，测试的基本原理是上位机生成一批数据然后从计算机的PCI-Express接口写到PEX8311再写到FIFO，最后写到SDBAM中，然后上位机再从SDRAM中读回刚才写入的数据，比较读和写入的数据是否一致就能判断系统的读写是否正确，并且测试数据的传输速率。经过一段时间的测试，系统最大传输速度达到180 MB／s，满足了本系统高速数据的传输要求。

5 结论
本文设计了基于PCI Express总线的CamLink接口的高速图像采集系统，在完成系统的硬件设计后，编写了FPGA的逻辑控制程序，并开发了驱动程序和上位机应用程序。系统采用PCI Express总线实现硬件电路与计算机之间的高速数据传输。接口芯片采用PLX公司推出的第一款PCI Express桥接芯片PEX8311。实验结果表明，设计的硬件系统满足高速图像传输的要求，并且性能稳定。