基于Linux的高速数据采集卡驱动设计.PDF

基于Linux 的高速数据采集卡驱动设计 12 1 曾晓波 韩松 (1. 中国科学院电子学研究所 北京 100080 ； 2. 中国科学院研究生院 北京 100080) 摘要：在介绍Linux 下设备驱动程序基础上，结合项目实例，详细说明了PCI-X 数据采 集卡的驱动程序编写方法，重点分析驱动程序效率问题，并提出针对高速数据采集卡驱动程 序的优化方法。实践表明，该方法明显地提高了驱动程序的效率，在高速数据采集中具有广 泛的参考意义。 关键词：Linux 操作系统 设备驱动 PCI-X 总线 DMA 传输 中图分类号：TP393 文献标识码：B High-speed Data Sampling Card Driver On Linux Operation System 12 1 Zeng Xiaobo Han Song （1. Institute of Electronics, Chinese Academy of Science，Beijing ，China； 2. Graduate School of Chinese Academy of Science ，Beijing ，China) Abstract: Based on the introduction of device driver under Linux operation system, combined with project example, this paper explicates the coding process of PCI-X data sampling card driver, analyses the efficiency of driver code, and proposes an optimizing method to the high-speed data sampling card driver. Fact proves that this method improves the efficiency of the driver obviously. Keywords: Linux OS Device Driver PCI-X bus DMA 0 引言 Linux 操作系统由于其源码的开发性以及系统本身稳定，可靠等特点，受到越来越多的 开发者的关注。Linux 下驱动程序模块化的编写方法简洁，高效。PCI 总线是Intel 公司推出 的一种微机扩展槽接口标准，具有较高的传输速率，在现代计算机系统中已经成为最主要的 总线接口[1] 。PCI-X 是PCI 总线的一种扩展架构，与PCI 相比，PCI-X 拥有更宽的通道、更 优良的通道性能以及更好的安全性能。PCI-X 总线的数据传输速率可以达到1GB/s。 本文以合成孔径雷达中原始数据采集子系统设计为例，介绍了Linux 下PCI-X 设备驱动 程序的开发要点，重点分析了高速数据采集卡驱动程序编写的一些问题及解决方法。本文所 讨论的Linux 内核版本是2.6.11 。 1 高速数据采集系统 在合成孔径雷达系统中，原始数据获得后需要通过数据采集接口传送到存储介质，以 便后续的数据处理。由于原始数据量巨大且连续地产生，数据传输速率要求达到200MB/s 。 传统的PCI 总线带宽为33MHz，主机总线宽度为32bit 的情况下理论传输速率仅为132MB/s, 不能满足高速数据采集的需要。PCI-X 总线以其更高的数据传输速率很好地解决了这个问 题。 本系统使用的ALTERA 公司EP1S10F780 PCI-X 接口卡总线带宽 133MHz，理论传输速 率达到532MB/s 。前端利用两片256MB 的SDRAM 芯片以乒乓交换的方式进行数据缓冲， 当数据写满一片SDRAM 芯片后FPGA 逻辑自动切换到另外一片 SDRAM 芯片写数据，同 时驱动程序通过PCI-X 板卡将数据读回主机系统，当读完一片