探地雷达中PCI总线高速数据采集卡设计.pdf

笺盏i?鹑7萨2004年7月 ELECTRONICE比愚磊三黑瓢ERENGINEER V儡滥7JuI．2004 探地雷达中PCI总线高速数据采集卡的设计 李春兰L2，陈 宇1，丁铁夫1 (1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林省长春市130022； 2．中国科学院研究生院，北京市100039) 【摘要】 高速数据采集是探地雷达系统的关键部分，利用PcI总线的高速传输特性，给出了一 种设计方法。简要阐述了探地雷达中数据采集系统的硬件结构及其工作原理，重点分析了数据采集 系统的核心——基于现场可编程门阵列(FPGA)器件控制逻辑的实现，并介绍了软件驱动的实现方 法。实践表明，该采集系统能够达到探地雷达中高速数据传输和处理的实时性要求。 关键词：探地雷达，PCI总线，FPGA，数据采集 中图分类号：TN957．52；他74．2 o引言 2数据采集系统的硬件结构 探地雷达系统是一种重要的无损探测设备，可用 探地雷达数据采集系统硬件框图如图l所示。探 于矿产资源勘查、岩土工程测试、工程质量无损检测、 地雷达的接收天线接收到的回波信号经提取、放大处 环境工程等诸多领域，与其他地球物理方法相比，探地 理，进入高速A／D芯片，将模拟信号转换成数字信号。 雷达具有高分辨率、无损性高效率、设备轻便、抗干扰 为避免探地雷达前端与后端的互相干扰，数据差分输 能力强等优点。 入到数据采集系统，经FPGA进行串／并转换和提供一 探地雷达系统由于其采集信息量大，数据需实时 系列满足时序要求的控制信号及读写信号，把数据写 处理，因此，对数据传输速率提出很高的要求，一般需 入高速存储器，最后由PCI控制芯片将高速存储器中 要几MbiL／s甚至几十MbiL／s。在本系统中，采样率为的数据快速实时地写入计算机内存中，以便进行数据 20×106次／s，A／D转换器字长8位，所以数据传输速和图像处理。 率为20Mb∥s，利用一般的串口采集或并口采集满足 不了该系统的要求。针对这一问题，利用PCI(Periph— 探地雷达接收I ：I高速I高速 R^MlRAM2 信号输入端I ：I I eral componentInterconnect)总线的高速传输特性和现 基于FPGA的 场可编程门阵列(FPGA)器件的用户可编程性，设计 控制逻辑 出的该数据采集系统在实践中已证明达到了各项指标 要求。 匿匿卜匿 1 PCI总线简介 图l探地霄达数据采集框图 PCI是美国Intel公司1992年首先提出的一种高2．1 PCI接口 性能32／64位地址数据复用局部总线标准。PcI总线 目前适宜PCI总线接口开发的芯片有两类：一类 与处理器和时钟频率无关，支持突发传送，支持即插即 是采用PcI总线可编程逻辑器件——可擦可编程逻辑 用功能，可以提供高达132Mb∥s的数据传送速率，在 64位PcI传输情况下峰值传输速率达264Mbit／s，是 目前使用非常普遍的一种总线。它具有严格的规范， 过严格测试的PCI接口功能模块；另一类是PCI总线 只要符合PCI规范的扩展卡插入任何PCI系统都能可 专用控制芯片，能够有效降低接口设计的难度，缩短开 靠地工作。