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CARTE D`ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION
CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION CARTE D'ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION Antonio PEREZ-BERDUD Vincent CHEVALIER Juin 1996 Projet dirigé par: 1996 IXL Mr M. BENKAIS Mr P. MARCHEGAY 1 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION INTRODUCTION • Convertisseurs Analogique / Numérique ⇒ Traitement de l’information ⇒ Nécessité d’outils performants ⇒ Acquisition de données Année Développeur BUS Ordinateur employé Fréquence Max Taille mémoire 1989 IXL NuBus Macintosh 1995 IXL NuBus 1993 Thomson ISA MAC et PowerMAC PC 25 MHz x 24 bits 50 MHz x 24 bits 75 MHz x 24 bits 8k x 24 bits 64k x 24 bits 256k x 16 bits Les anciennes versions de cartes d'acquisition • Cahier de charges ⇒ Bus PCI ⇒ Acquisition de 1 Mega échantillons de 24 bits ⇒ Fréquence d’acquisition de 100 MHz ⇒ Interface logicielle ⇒ Routage de la carte 1996 IXL 2 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION LE BUS PCI microprocesseur mémoire centrale mémoire cache Pont PCI vidéo audio Bus PCI contrôleur de bus d'extension SCSI Bus ISA Architecture du bus PCI Caractéristiques: • Débit élevé: de 132 Mo/s à 528 Mo/s ⇒ Largeur du bus de 32 bits à 64 bits ⇒ Horloge de 33 MHz à 66 Mhz ⇒ Transfert en mode rafale linéaire (BURST) • Technologie 3.3V et 5V • Autoconfiguration 1996 IXL 3 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION LES SIGNAUX DU BUS PCI signaux obligatoires AD[31:0] AD[63:32] C/BE[3:0]# C/BE[7:4] PAR PAR64 REQ64# ACK64# LOCK# INTA# INTB# INTC# INTD# SB0# SDONE TDI TDO TCK TMS TRST# FRAME# TRDY# IRDY# STOP# DEVSEL# IDSEL INTERFACE PCI PERR# SERR# REQ# GNT# CLK RST# 1996 • Bus d’adresse et de donnée multiplexés • Interruptions • Vérification de la validité des données • Gestion de mémoire cache IXL signaux facultatifs 4 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION L’AUTOCONFIGURATION 31 16 15 0 Device ID Vendor ID 00h Status Command 04h Class Code BIST Header Type Latency Timer Revision ID 08h Cache Line Size 0Ch 10h 14h 6 Base Address Registers (BADR0 à BADR5) 18h 1Ch 20h 24h Max_Lat Reserved 28h Reserved 2Ch Expansion ROM Base Address 30h Reserved 34h Reserved 38h Min_Gnt Interrupt Pin Interrupt Line 3Ch La zone de configuration 1996 • Identifications de la carte • Réservation automatique des zones mémoires • Temps de réponse IXL 5 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION CHOIX DE L'INTERFACE INTERFACE ? ALTERA XILINX S593X AUTRES Deux possibilités: • Conception de l’interface ⇒ Coût peu élevé ⇒ Développement difficile • Achat d’une interface ⇒ Souplesse d’emploi ⇒ Coût élevé 1996 IXL 6 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION L’INTERFACE S5933 Pass-Thru Mux / Démux FIFOS bus PCI zone de configuration mémoire externe bus AMCC Mailbox Contrôle Caractéristiques • Transfert par registres: ⇒ FIFOS ⇒ Mailbox ⇒ Pass-Thru 1996 • Maître ou esclave • Génération d’interruptions • Configuration paramétrable IXL 7 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION CONCEPTION DE LA CARTE registre de contrôle interface PCI gestion de l' acquisition connecteur PCI EEPROM connecteur CAN gestion de la lecture mémoire RAM 1M x 24bits Synoptique de la carte d'acquisition • Deux modes de fonctionnement: ⇒Acquisition ⇒Lecture des données 1996 • Interface PCI (S5933) • Mémoire RAM 3Mo • ALTERA (logique programmable) • EEPROM • Connecteurs PCI et CAN IXL 8 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION FONCTIONNEMENT DE LA MEMOIRE donnée du CAN accès PAIR accès IMPAIR Double accès en mémoire (ping pong) • • • • 100 Mhz - 10ns de période Mémoire 15ns Accès simultané à deux adresses (paire et impaire) Deux bus d’adresse, de donnée et de contrôle données retardées tampon données CAN latch latch données PAIR données IMPAIR H0 H logique H1 Dédoublement du bus de donnée • • • 1996 Solution: retarder les données paires Un seul bus d’adresse et de contrôle Diminution du nombre de composants IXL 9 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION FONCTIONNEMENT DE LA MEMOIRE H1 15ns WE RAM H1 WE RAM retard de quelques ns Signal d'écriture • • Signal dissymétrique Nécessaire pour 100 MHz adresses banc pair 512K x 24 retard d' une période signaux de contrôle buffer latch latch données banc impair PCI données du CAN 512K x 24 buffer latch données Schéma bloc de la RAM • • • 1996 1 Mega échantillons de 24 bits (3 Mo) 24 boitiers de 128 Ko (15 ns) Accès en lecture et en écriture différents IXL 10 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION LES REGISTRES Registre de contrôle adresse de 0 CE0 CE1 CE2 CE3 CE4 CE5 CE6 7 CE7 XXXXXXXXX 29 ON/OFF 30 FRONT 31 X base 1 W W W W W W W W XXXXXXXXX R/W R/W X • Bits de configuration CE(7:0) stockés dans un latch 74F374 • Bits ON/OFF et FRONT stockés dans un ALTERA Registre de chargement 0 1 18 19 20 adresse de C0 C1 C18 C19 XXXXXXXXXXXX base 2 W W W W XXXXXXXXXXXX • Adresse générée par un compteur • Chargement du registre = 1M - taille de l’acquisition • Taille maximale de 1 Mega échantillons 31 Registre de lecture: • Une seule adresse pour lire toute la mémoire 1996 IXL 11 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION MISE EN OEUVRE DE L’ACQUISITION chargement du compteur DON-OFF = 1 acquisition DON-OFF=0 ? non oui lecture RAM terminé ? non oui traitement des données Organigramme de l'acquisition • 1996 Simplicité d’utilisation: pas de microprocesseur IXL 12 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION LE KIT PCI PCI C O N N E C T I Q U E interface S5933 EEPR0M Synoptique du kit PCI Kit PCI Prototype wrappé Connexion du prototype au kit PCI 1996 • Société AMCC (S5933) • Livré avec programmes pour PC • Connectique pour le développement d’applications • Prototype wrappé • Tests fonctionnels du prototype • Problème des câbles en nappe IXL 13 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION ROUTAGE DE LA CARTE 1996 • Routage terminé • Routage manuel • 8 couches en classe 4 IXL 14 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION LES LOGICIELS PC: • • • BIOS (Basic Input Output System) Interruption INT 1Ah (registres AH et AL) Interface logicielle programmée en C Utilitaires: • • • DEBUG.EXE sous DOS Programmes du kit Windows 95 POWER MAC: • • Fonctions en C fournis par APPLE Requiert une connaissance approfondie du système Utilitaires: • • PciSlots DisplayNameRegistry ⇒Compatibilité de la carte sur PC et POWER MAC 1996 IXL 15 CARTE D’ACQUISITION PCI: CONCEPTION ET REALISATION CONCLUSION • Tous les objectifs ont été atteints: ⇒ Choix de l’interface ⇒ Conception de la carte ⇒ Réalisation et test d’un prototype wrappé ⇒ Tests sur PC et POWER MAC ⇒ Routage de la carte • Utilisation sur PC plus conviviale • Suite du projet: montage et test de la carte • Projet très intéressant sur le plan personnel et professionnel 1996 IXL 16
