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实时信号分析仪是无线通信、航空、导航等领域中广泛使用的一种测试仪器。数字化、宽频带、高分辨率已成为实时信号分析仪的发展趋势,这要求数据总线具备高传输带宽,高稳定性和可靠性。PXIE(面向仪器的PCIE总线扩展)是现在主流的仪器总线技术,PCI Express v2.0达到5.0Gb/s的传输速率,PCIE差分串行传输和纠错机制有力的保证了数据传输的质量。本文采用PXIE来实现实时信号分析仪中大量数据的高速稳健传输。要完成设计首先需要对PXIE硬件规范和PCIE传输协议作深入的理解;再通过需求分析,给出PXIE高速接口的总体方案设计,并结合PXIE总线的实现方式,设计以FPGA为主体器件的详细硬件实现方案,以及为实现数据高速传输,确立了PXIE传输协议、DMA控制器和高速缓存的逻辑设计方案;然后根据硬件实现方案,使用Cadence软件作了详细电路图设计,设计的主要考虑因素是系统性能、功耗和集成度;最后根据逻辑设计方案,使用ISE14.2综合开发平台完成PXIE传输协议、DMA控制器和高速缓存的各模块详细逻辑设计和RTL级代码编写。其中DMA控制器和高速缓存的逻辑设计是本文重中之重。本文实现了PIO、DMA和中断这三种数据传输方式。使用FIFO、RAM和DDR3这三种方式来完成不同类数据的缓存。在板卡硬件调试完成后,搭建FPGA逻辑调试平台,对逻辑设计部分使用Xilinx ISE14.2综合开发平台自带的Chipscope软件进行在线调试验证,主要包括高速接口的PIO功能、DMA功能、中断功能。DMA读传输速率达到5.78Gb/s,DMA写的传输速率达到13.33 Gb/s,中断信号工作正常,调试验证结果与设计指标相符,达到预期性能,表明方案设计、硬件电路和FPGA逻辑的正确性。本文高速接口硬件和逻辑设计已成功应用于信号分析仪中。