PCI總線具有支持多種外圍設(shè)備、獨立于處理器、數(shù)據(jù)傳輸快等優(yōu)點，已經(jīng)應(yīng)用于PC機，工控機等多種場合，如數(shù)據(jù)采集卡，IO控制卡、總線卡等都采用了PCI總線結(jié)構(gòu)。在某綜合測試系統(tǒng)設(shè)計時，為提高系統(tǒng)集成化、模塊化的要求，設(shè)計研制了基于PCI9054的塔康(TACAN)視頻信號產(chǎn)生板卡。

　　1 系統(tǒng)組成及設(shè)計要求

　　該系統(tǒng)主要由電源、PCI接口、FPGA邏輯、DSP、D/A轉(zhuǎn)換等電路組成。其中，電源電路為整個電路板提供電源，PCI接口電路提供PC機和電路板進行信息交互的通道，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)整個電路系統(tǒng)的邏輯，DSP電路負(fù)責(zé)整個電路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算，D/A轉(zhuǎn)換電路將DSP產(chǎn)生的包絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號。塔康視頻信號產(chǎn)生電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　塔康視頻信號產(chǎn)生電路的工作流程為：PC通過PCI接口電路發(fā)送控制指令，F(xiàn)PGA通過PCI9054器件接收控制指令并把指令信息傳遞DSP，DSP接收到指令信息后，產(chǎn)生相應(yīng)操作，D/A轉(zhuǎn)換電路將DSP產(chǎn)生的包絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號傳遞出來。塔康視頻信號產(chǎn)生電路將產(chǎn)生符合要求的正弦包絡(luò)信號和基準(zhǔn)信號。其中，正弦包絡(luò)信號主要包含15 Hz正弦包絡(luò)信號和135 Hz正弦包絡(luò)信號，其函數(shù)式為：

　　式中，f=15 Hz，A0為直流成分，A1、A2分別為15 Hz正弦包絡(luò)和135 Hz正弦包絡(luò)的幅度。同時，系統(tǒng)在產(chǎn)生15 Hz正弦包絡(luò)時還可以產(chǎn)生主基準(zhǔn)脈沖群，在產(chǎn)生135 Hz正弦包絡(luò)時產(chǎn)生輔助基準(zhǔn)脈沖群。通過基準(zhǔn)脈沖群信號和正弦包絡(luò)的正斜率過零點之間的時間間隔在正弦包絡(luò)總時間中占有的比例關(guān)系，可確定方位信息。

　　結(jié)合某型塔康的測試需求，該系統(tǒng)的具體設(shè)計要求是：15 Hz和135 Hz正弦包絡(luò)的信號深度均可調(diào)，幅度調(diào)整的范圍都是O～40%，最小調(diào)整間隔為1%：15 Hz正弦包絡(luò)和135Hz正弦包絡(luò)的幅度之和在總包絡(luò)的幅度所占大小不超過40%;15 Hz正弦包絡(luò)的相位在0°～359.9°內(nèi)可調(diào)整，最小調(diào)整間隔是0.1°，135 Hz正弦包絡(luò)的相位在0°～39.9°內(nèi)可調(diào)整，最小調(diào)整間隔也是0.1°。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　2.1 電源電路

　　電源電路的主要功能是為整個電路板系統(tǒng)提供電源。電源電路從PCI插槽中取用3.3 V和5 V電源，通過電壓轉(zhuǎn)換器LDlll7S18和LDlll7 S12可分別得到1.8 V和1.2 V電壓，供不同的器件使用。

　　2.2 PCI接口電路

　　PCI接口電路的主要功能是提供PC和塔康視頻信號產(chǎn)生電路進行信息交互的通道。選用PLX公司的PCI9054器件，該器件符合PCI本地總線規(guī)范2.2版，突發(fā)傳輸速率可達到132 MB/s，本地總線支持復(fù)用/非復(fù)用的32位地址/數(shù)據(jù)，支持主模式、從模式以及DMA傳輸方式。該器件可靠性高，易于開發(fā)，滿足系統(tǒng)的要求。

　　PCI9054通過引導(dǎo)EEPROM進行配置，其與串行EEPROM(IDT70261)的接口電路如圖2所示。PCI9054提供4個引腳與串行IDT70261相連接，它們分別是EEDI，EEDO，EESK，EECS，對應(yīng)于IDT70261的DI，D0，SK，CS等4個引腳。在上電復(fù)位時，PCI9054會通過EEPROM中引導(dǎo)并對寄存器進行配置，完成命令控制和地址映射。

　　PCI9054局部總線的接口與DSP不完全兼容，需要通過FPGA實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。因此在FPGA內(nèi)部構(gòu)建一個雙口RAM，PCI9054的局部數(shù)據(jù)線LD[15..0]、局部地址線LA[14..0]與FPGA直接相連，同時PCI9054的局部控制線也與FPGA直接相連，如圖2所示。

　　2.3 FPGA邏輯電路

　　FPGA電路的功能是負(fù)責(zé)整個電路系統(tǒng)邏輯。這里選用ALTERA公司的EP2C8器件，該器件具有8 256個邏輯單元，內(nèi)嵌36個M4K RAM塊，最大支持128個用戶IO引腳資源，完全滿足設(shè)計需要。EP2C8配置了2個下載口：JTAG調(diào)試接口和AS模式下載口，其中AS模式使用串行配置器件EPC-S4，存儲容量為4 Mbit。

　　2.4 DSP電路

　　DSP電路是整個電路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運算單元。選用TI公司的TMS320VC5416型DSP，其內(nèi)嵌128 K×16 bit的RAM和16 K×16 bit的ROM，以及1個40 bit的算術(shù)邏輯單元，其主頻可達到160 MHz，滿足設(shè)計需要。

　　DSP作為數(shù)據(jù)運算中心，需要將運算后的數(shù)據(jù)傳遞給FPGA，由FPGA進行相關(guān)操作。因此，DSP的數(shù)據(jù)線A[15：0]、地址線D[15：0]，其他控制線等與FPGA直接相連，同時DSP通過JTAG口下載程序。DSP接口電路如圖3所示。

　　2.5 D/A轉(zhuǎn)換電路

　　D/A轉(zhuǎn)換電路的功能是將DSP產(chǎn)生的包絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號。選用ADI公司的12 bit并行高速D/A轉(zhuǎn)換器AD9762，其最大數(shù)據(jù)刷新率為125 MS/s。D/A轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1 FPGA功能實現(xiàn)

　　FPGA開發(fā)采用Altera綜合開發(fā)平臺Quartus II 6.0，利用VHDL語言開發(fā)了雙口RAM、總線控制、地址譯碼、D/A轉(zhuǎn)換器控制、脈沖序列產(chǎn)生、波道控制和詢問信號檢測等7個功能模塊，分別為：1)設(shè)計雙口RAM，用于實現(xiàn)PCI9054數(shù)據(jù)和DSP數(shù)據(jù)的交換：2)實現(xiàn)PCI9054本地總線邏輯控制，例如：對雙口RAM的讀寫邏輯;3)實現(xiàn)DSP的地址譯碼邏輯，根據(jù)不同的指令選擇不同的功能單元;4)實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯控制;5)產(chǎn)生脈沖序列。根據(jù)需要，可產(chǎn)生基準(zhǔn)脈沖、填充脈沖、應(yīng)答脈沖、隨機脈沖，組成脈沖序列;6)實現(xiàn)波道控制和衰減控制;7)實現(xiàn)對詢問信號的檢測等。FPGA內(nèi)部邏輯如圖5所示。

　　3.2 DSP程序設(shè)計

　　DSP片上程序以CCS2.0為開發(fā)平臺，主要包括器件初始化程序、系統(tǒng)初始化程序、包絡(luò)數(shù)據(jù)(由15 Hz和135 Hz正弦信號組成)產(chǎn)生程序、INTO中斷程序、INTl中斷程序和定時器中斷程序。其中，器件初始化程序完成片內(nèi)外設(shè)的初始化(如鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器參數(shù)的設(shè)置，定時器參數(shù)的設(shè)置，可屏蔽中斷的設(shè)置等);系統(tǒng)初始化程序完成整個系統(tǒng)的初始化(I0地址分配、全局變量的初始化設(shè)置和系統(tǒng)外設(shè)的初始化);包絡(luò)數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序主要產(chǎn)生15 Hz正弦數(shù)據(jù)表和135Hz正弦數(shù)據(jù)表兩張函數(shù)表;INT0中斷程序完成接收PC指令：INTl中斷主要接收到詢問信號后完成應(yīng)答功能;定時器中斷程序完成查找函數(shù)表并通過計算產(chǎn)生包絡(luò)數(shù)據(jù)，啟動D/A轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生包絡(luò)信號，同時產(chǎn)生脈沖選擇信號，控制FPGA輸出脈沖序列。DSP主程序流程如圖6所示。塔康包絡(luò)信號波形如圖7所示。

　　3.3 PCI驅(qū)動程序開發(fā)

　　根據(jù)Windows提供的驅(qū)動程序模型，使用VC++6.0和DriverStudio軟件編寫了WDM驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序?qū)CI9054起到內(nèi)存映射和中斷管理的作用。驅(qū)動程序安裝后，應(yīng)用程序?qū)CI卡的訪問可通過調(diào)用WindowsAPI的函數(shù)CreateFile()實現(xiàn)。這樣，對端口的操作最終表現(xiàn)為對一個文件的操作。

　　4 結(jié)論

　　針對系統(tǒng)模塊化的設(shè)計要求，開發(fā)了基于PCI9054的塔康視頻信號產(chǎn)生板卡。基于PCI總線的塔康視頻信號產(chǎn)生電路適用于多種工控機平臺，通用性強，并且滿足設(shè)計要求，實際使用效果良好，因此具有良好的應(yīng)用前景。