● 摘要
随着工业测试技术的发展，传统PCI总线已经不能满足高速测试设备对于接口带宽的要求，一场新的I/O总线标准改革势在必行。作为第三代高速通信标准之一的PCI Express总线，可以提供单通道2.5Gbps的带宽，是未来测试接口技术发展的一个主要方向。而DMA（直接存储器访问）模式是高速数据传输的最有效模式，将DMA控制器引入PCI Express通信，无疑将更有效的发挥PCI Express的优势。本文正是在这样的背景下，通过研究PCI Express体系结构，设计并实现了支持PCI Express协议标准、带有DMA控制器的高速数据传输系统。该系统以FPGA为开发平台，支持4通道PCI Express总线数据传输，具有高集成度、功能模块修改方便等特点，在高速数据采集领域有广阔的应用前景。本文首先从PCI Express底层实现技术着手研究，在实验室成功研制的PCI Express x1接口系统基础上，实现了从单一链路到4条链路传输的突破。然后设计了基于PCI Express传输模式的DMA控制器，并且通过性能优化，实现了高速的双向数据通讯。系统还实现了乒乓操作模式下的高速数据缓存功能，以保证数据的完整性和无缝传输。同时，文章从理论和工程应用两方面对PCI Express接口性能做了深入的分析，找出系统能够达到的带宽上限，总结影响带宽的因素，为系统性能的评估提供了依据，并为以后接口速度的进一步提高指明了研究方向。经过与上位机软件的联合测试，接口传输速度达到预期的要求，系统性能稳定。