1 数据采集系统总体结构
DMA方式数据采集是指数据采集过程由底层数据采集单元完成，而数据采集结果不经过微处理器而被直接写入系统内存。底层数据采集单元依照上位机设定而高效运行，对微处理器的依赖程度低，能有效节省上位机软件开销，且数据采集实时性高。
数据采集系统的总体架构如图1所示，其中PCI核、DMA控制器与A/D控制器均在FPGA内部实现。为实现多路并行采样，可选用多片A/D器件并行处理的方式，在FPGA的高速状态机控制下，完成模拟信号经过多片A/D器件流水转换，并将数据采样结果储存到由Block RAM构建的高速缓冲RAM阵列中，采样时序由FPGA生成，保证了多路并行采样的高同步性。
FPGA采用Altera公司的Cyclone IV系列 EP4CGX150，内部带有6.3 MB嵌入式 Block RAM，支持最高频率167 MHz的存储区访问，易于设计接口友好的存储区［7］。在FPGA内部设计了数据FIFO用于实现总线速率匹配，PCI总线速率为32 bit、33 MHz，而数据采样流水速率为16 bit、20 MHz。为提高总线利用率，需设计数据缓冲来实现不同速率数据传输之间的速度匹配，而数据缓冲的深度取决于采样数据实时性要求。
采用以上结构具有如下优点：（1）底层A/D控制器提供精密采样时序，保证了ADC器件的采样吞吐，最大化地保证数据采样的实时性；（2）采用带DMA控制器的PCI接口与上位机进行数据交互，减少了上位机软件负荷； （3）基于单片FPGA芯片设计，结构简单而优化，可靠性高，可降低成本。
2 数据采集系统的实现
2.1 PCI IP核
PCI总线是独立于处理器的32 bit或64 bit局部总线，在32 bit/33 MHz时，可达到132 MB/s的带宽；在64 bit/66 MHz 时，可达到528 MB/s的带宽［1］。通常PCI总线接口通过专用的PCI桥芯片或带PCI控制器DSP器件（如TMS320C6205等）实现。
Altera公司推出的 PCI Compiler 软件包可以参数化地生成应用于PCI总线的IP核，基于该IP核可生成符合32 bit/33 MHz PCI 2.2规范的主从控制器，包含了PCI总线的全部功能，能实现总线协议的转换，并将复杂的、时序要求高的PCI总线操作，转换成易于使用本地总线（Local 总线）的接口逻辑［6］。
PCI IP核的结构如图2所示，包括：（1）配置寄存器：用于保存PCI设备的基本信息；（2）PCI地址数据缓存：用于缓存PCI总线上的地址信号；（3）主模式接口控制模块：负责在主模式（Master）下对PCI总线的操作；（4）从模式接口控制模块：负责在从模式（Slave）下PCI总线的操作；（5）奇偶校验器：当数据校验出错时，生成一个错误信息输出到配置寄存器；（6）本地主模式控制模块：负责主模式下的本地接口控制逻辑；（7）本地从模式控制模块：负责从模式下本地接口控制逻辑；（8）本地逻辑接口模块：负责控制本地端接口的地址、数据、控制、字节使能等［6］。
