摘要：：结合一个实际的远程高速系统的设计，比较了目前常用的各种数据传输方式，介绍了各个公司的PCI接口芯片的特点，以及高速数据采集系统的设计思想和各种实现方案。
关键词：USB 光线（FireWire） 低压差分（LVDS） HOTLink PIC 数据采集 远程传输
数据采集是信息处理系统的最前端，对于一般的数据采集任务有通用的数据采集系统可供选用。但是由于数据源以及用户需求的多样性，通用的采集设备不可能总线满足定制要求。例如一个项目需要采集由一块高速CCD图像处理板送来的数据，数据传输速率必须稳定到10Mbytes/s，数据源为一个远端（50m左右）设备发送的连续数据流，要求所设计的数据采集系统必须能够现场采集，远程传输，并实时地存储海量数据。
本系统的核心部分为高速距离传输和数据采集两个部分。
1 数据传输方案
在数据传输部分的设计中，调研了基于USB、火线（FireWire）之类的解决方案。采用这些协议开发设备可以使数据采集部分的设计比较简单。目前，主板一般都支持USB1.1，不需要设计专门的数据采集卡。如果采用火线（FireWire）协议，TI的OHCI-lynx系列的芯片（TSB12LV23）集成了一个PCI接口和火线的协议层。但是目前USB1.1标准还达不到所需要的带宽，而USB2.0还没有得到主板的普遍支持。采用火一虽然使得数据接收端的设计相对简单。但是由于火线是一条多主的总线，每发送一帧数据都要打一个包头，由于链路层协议的复杂，包头的结构也相当的冗长，对于数据发送端链路层的大量寄存器配置，仅用CPLD实现，调试麻烦，
不灵活。如果采用MCU来实现能够对上百Mbps的数据流实时地打包的数据发送系统，复杂程序太高，严重影响项目进度。
依据开发难度、成本，最后选择了两种方案来构建传输系统：低压差分（LVDS）和HOTlink。
低压差分信号传输器件一般应用于背板信号互连之类的短距离通讯中，例如交换机系统。LVDS标准定义传输距离为10m，实际工程实践中发现10Mbps的数据流在五类双绞线上使用低压差分至少可以在40m左右的传输距离稳定传输。目前国内的应用中一般在超过100m的情况下使用一个LVDS的中继板。普遍使用的LVDS器件是国家半导体的90C031，90C032，1：1发送接收模块，不带复用与解复用的功能。如果需要两根串行线传输方案，国家半导体也提供复用比可达到14：1与1：14的复用与解复用LVDS器件。LVDS器件使用比较方便，不需要内部编程与外部的逻辑控制，在PCB版图设计时注意差分信号线基本等长、匹配电阻等瓿即可正常工作。
HOTLink 是Cypress公司的高速长距离点对点串行通信产品系列。符合DVB-ASI、ATM、SMPTE-259M、ESCON等标准，用于构建符合这些标准的通讯产品的物理层。标准的HoTlink产品数据传输速率范围为160～400Mbps，支持同轴电缆、双绞线以及光纤接口。传输距离与传输介质有关。用双绞线以及同轴电缆可以传输100～500m，光纤传输可以达到数公里。具体工作原理是：在发送端将八位输入数据串行输出，接收端重新组合。发送端无有效数据时自动发送空数据，接收端根据流自动恢复时钟。外部逻辑可以监视恢复时钟是否失同步，一旦失同步即可控制接收端重新同步时钟，而且HOTLink产品的一大特点是可以实现数据流与指令流的分离。HOTLink的理论误码率为零，实现误码来自于内部时钟失同步以及外部环境电磁干扰。
HOTLink 第二代产品可以支持1500Mbps的传输速率，支持8位1、6位、32位数据接口，性能大大提高。当然基于HOTLink设计通讯产品难度相对要大一些，应用HOTLink传输系统需要比较复杂的外部状态机的控制来保证接收端时钟正确恢复（一个演示的状态转换图见图1）.而且由于系统时钟频率较高， PCB版图设计需要比较研究，要求设计者仔细考虑各种电磁干扰影响。
2 数据采集系统方案
基于计算机的数据采集系统可以依据与计算机的接口同而分类。以目前工程应用来看，基于ISA总线的系统虽然带宽足够低速采集使用，但是由于主板生产商趋向于不再支持ISA，面监被USB接口产品取代的趋势。而高速数据采集系统主要还是基于PCI总线传输数据。这主是由于PCI总线相对于其它总线有以下几个优点：
·PCI总线得到了广泛的支持；
·PCI总线目前32Bit，33MHz时钟，理论带宽133Mbytes/s，可升级到64Bit，66MHz时钟频率；
·PCI总线产品开发有丰富的硬件资源可供选择（常见产品比较见表1）；
·PCI设备驱动开发在常见平台下有较好的软件包支持。例如Dos下可直接调用PCIBIOS函数，Windows下有非常好的开发辅助软件包，而Linux直接提供类似于PCIBios的函数可供开发者调用。
目前市场上常见的有AMCC、PLX、CYPRESS等公司的桥芯片。经过一段时间的使用与比较，各个型号的PCI接口芯片的大致特点如表1所示。
表1 各公司PCI接口芯片览表
本文关键字：数据采集 接口电路，单元电路 - 接口电路
