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BIBEBUVABSc in Elektro- und KommunikationstechnikPCI-Express für BanknotenleserTechnische Informatik / Betreuer: Prof. Roland BrunExperte: Mario GiacomettoProjektpartner: CI Tech Components AG, BurgdorfDie Firma CI Tech Components plant den Einsatz von PCI-Express in ihren Banknotenprüfgeräten. Währendder Bachelorthesis wurde für diese Firma ein Funktionsmuster erstellt. Dieses liest die Daten von einemSensor der Firma aus und sendet sie via PCI-Express an einen PC. Dort werden sie mit einer Java-Applikationvisualisiert. Diese Arbeit wurde mittels eines PCIe-Entwicklungs-Kits von Lattice Semiconductorserstellt.Stefan Hubachershubacher@swissonline.chPCI-ExpressPCI-Express (PCIe) ist seit mehrerenJahren die Standard-Schnittstellefür Erweiterungskarten inPCs. Gegenüber seinem VorgängerPCI bietet PCIe höhere Übertragungsratenund eine grössereFlexibilität beim Platzbedarf. DieDaten werden auf einer oder mehrerenseriellen Leitungen übertragen.AusgangslageUm eine PCIe-Verbindung herzustellenwurde ein PCIe-Entwicklungsboardmit einem FPGA beschafft.Dieses soll von einemSensor des Auftraggebers die Datenauslesen und via PCIe an denPC senden. Die Aufgabe bestanddarin, das FPGA so zu programmieren,dass es die Daten vomSensor ausliest und diese über diePCIe-Verbindung zu einem Windows-PCsendet. Die transferiertenDaten sollen dann mit einerApplikation visualisiert werden.DesignDie Datenübertragung vom FPGAin den Arbeitsspeicher des PCswird mit der DMA-Technik durchgeführt.Eine Java-Applikation aufdem PC reserviert im ArbeitsspeicherPlatz für die Sensordaten undfordert diese dann an. Mittels einesTreibers wird ein DMA-Controllerim FPGA programmiert. DerDMA-Controller liest danach dieDaten vom Sensor aus undschreibt sie via PCIe in den reserviertenPlatz im Arbeitsspeicherdes PCs. Die Java-Applikationkann anschliessend die Daten lesenund visualisieren.RealisierungAls Grundlage für die Implementationdiente ein Demo-Projekt vonLattice. Die PCIe-Funktionalitätund der DMA-Controller sind mitIP-Cores von Lattice realisiertworden. Es wurde ein VHDL-Modulerstellt, das die Daten vomSensor abfragt und dem DMA-Controller zur Verfügung stellt. Aufder anderen Seite des DMA-Controllerswurde ein Modul erstellt,welches Pakete für die PCIe-Verbindunggeneriert. Auf der PC-Seite wurde der Kernel-Treiber desDemo-Projektes angepasst, damitder DMA-Controller richtig programmiertwird. Für die Visualisierungwurde eine Java-Applikationerstellt, welche die Sensordatenentweder als Text oder als Balkendiagrammanzeigt.VerifikationUm die Funktionalität zu verifizierenwurden bei der Implementationalle erstellten VHDL-Module miteiner Testbench getestet. Das Gesamtsystemwurde mit einem Sensorgetestet, welcher ein festesDatenmuster liefert. Zudem wirdim FPGA jedem Datenblock vomSensor ein Zählerwert hinzugefügt.Damit kann die Java-Applikationtesten, ob alle Datenblöckeempfangen wurden.AusblickDas Design kann nun dank desprogrammierbaren DMA-Controllersrelativ leicht erweitert werden.Denkbar wäre zum Beispiel, dassmehrere Sensorzeilen auf einmalübertragen werden. So hätte maneine Art Bild von den Sensordaten.Vereinfachtes DesignPCIe-Karte mit Sensor und Java-GUI120 ti.bfh.ch