基于PCIe的多路串行通信模块设计与实现

摘要

嵌入式系统具有体积小、价格低廉、功能强大等优点，在工控、国防和航天等领域有着广泛应用。在嵌入式系统中，多路数据采集是一个重要研究方向。通常多路数据采集是通过现场总线从各路传感器中采集数据串行上传，但是这种做法难以满足多通道、大批量数据的同时传输。PCIe（PCI Express）总线的高带宽和高稳定性等特性使得基于PCIe扩展的多路串行通信逐渐成为研究的热点，由此引出基于PCIe的多路串行通信的设计概念。
　　本课题源于新一代医疗监护仪的研制。在该项目中，需要通过各种参数测量模块，外接导线和探头，实时测量人体的心音信号，体温，血压等各项生理特征参数，并将测量的数据传回工控机显示并存储。本课题既解决了监护仪研制中多路数据传输的问题，所设计的通信模块又可以独立的在类似的场合中应用。
　　多路数据传输时采用的是串口通信方式，考虑到参数测量模块的串行接口不带有流量控制引脚，为保证数据的可靠传输，在驱动层添加协议阻塞工控机与参数模块通信，课题研究了协议的帧格式、差错检测和滑动窗口等细节；探讨了硬件框架方案的选择，采用了OXPCIe958主控芯片，外接8路 UART接口芯片的通信卡；深入阐述Linux内核中终端设备层、UART层的架构及数据流向，参考Linux驱动规范编写硬件驱动程序，并解决了设备的并发控制问题；编写了应用程序串口控制类和界面控制类，采用图形视图框架对串口数据进行显示，采用SQLITE轻量型数据库进行存储；测试了极限速率下工控机和参数模块的CPU利用率和传输速率，对该测试结果进行了分析，给出了需要改进和确认的地方。
　　经过长时间测试，测试结果包括CPU利用率和传输速率都满足指标要求，驱动程序、流量控制协议正常工作，并且在应用层可以对多路数据进行图形显示控制，为工控领域中类似场合提供有力参考。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 课题研究的主要内容

第2章 流量控制协议设计

2.1 引言

2.2 流控方案选择

2.3协议设计需求

2.4帧格式及实现

2.5 差错检测

2.6 滑动窗口

2.7 超时定时器定时时间设定

2.8 本章小结

第3章 多路串行通信的实现

3.1 引言

3.2硬件平台简介

3.3 串行通信在Linux内核中的实现机制

3.4 硬件驱动程序设计

3.5 本章小结

第4章 应用程序设计及系统调试

4.1 引言

4.2 串行通信的实现

4.3 图形视图框架

4.4 数据存储

4.5 系统调试

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢