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PCIe-FRM21 Users Manual (Rev 1.2)
PCIe-FRM21 User’s Manual
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-- 목
차 --
1. Introduction 1.1 PCIe-FRM21 특징 1.2 PCIe-FRM21 응용
2. 하드웨어 참조 2.1 PCIe-FRM22 FPGA Block Diagram 2.2 PCIe-FRM22 외형도 2.2.1 주요 부품 기능 2.3 커넥터 Pin Out 2.3.1 DSUB-15 Connecter : P1 2.3.2 BNC Connecter : J3, J10 2.3.3 J2 Connecter 2.3.4 J4 Connecter 2.3.5 SW1 2.3.6 SW2 2.4 Digital I/O 2.4.1 Photo-coupler Digital Input 2.4.2 Photo-coupler Digital Input
3. 설치 3.1 내용물 확인 3.1.1 제품 내용물 3.1.2 설치 과정 3.2 소프트웨어 드라이버 설치
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4. 샘플 프로그램 설명 4.1 FrmTest 프로그램 4.1.1 이미지 관련 기능 4.1.2 DIO 관련 기능 4.2 FrmView 프로그램
Appendix A.1 Specification A.2 외형치수 Reference
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1. Introduction SDI (Serial Digital Interface)는 SMPTE (Society Motion and Television Engineers)에 의해 규격화된 비디오 인터페이스이다. 아날로그 비디오 포맷 방식의 CVBS, S-Video, PA L, NTSC 등의 낮은 해상도를 뛰어넘는 고화질을 구현하기 위해 직렬(Serial) 방식의 인터 페이스를 갖는 비압축 방식의 전송 방식을 표준으로 채택했다. [표 1. Standard SMPTE ] 신호 규격 SMPTE 259M
명칭 SD-SDI
Bitrates (Max) 360Mbit/s
최대 해상도 480i¹, 576i
최대전송거리³ 20dB : 364m 30dB : 545m
SMPTE 344M
ED-SDI
540Mbit/s
480p², 576p
SMPTE 292M
HD-SDI
1.485Gbit/s
720p, 1080i
20dB : 179m 30dB : 268m
SMPTE 372M
Dual HD-SDI
2.970Gbit/s
1080p
SMPTE 424M
3G-SDI
2.970Gbit/s
1080p
주) 1. i : Interlaced 2. p : Progressive 3. SMPTE 규격에서는 동축케이블의 최대전송거리를 SMPTE 259M (SD신호) 이하의 비디오 포맷은 30dB 로 SMPTE 292M 의 HD-SDI 신호의 경우 20dB 로 보고 있다. 동일한 동축케이블을 놓고도 신호의 주파수에 따라 전송거리에 큰 차이가 있음을 알 수 있다.
BNC 동축 케이블을 이용하여 영상 정보와 음성 정보, 다양한 디지털 정보 (Line Count er, CRC)를 하나의 선으로 수 백 미터 원거리 전송할 수 있다. 전송은 직렬로 하지만, 최 종 처리되는 영상 데이터는 아래 표와 같이 YCdCr 이나 RGB 병렬 데이터로 처리된다. [표 2. SDI Data 형태] 신호 규격
명칭
주파수
Data 형태
Data 종류
SMPTE 259M
SD-SDI
270Mbps
YCbCr
4:2:2
SMPTE 292M
HD-SDI
1.5Gbps
YCbCr
4:2:2
SMPTE 372M
Dual HD-SDI
2 x 1.5Gbps
YCbCr
4:2:2
RGB
4:4:4
YCbCr
4:2:2
RGB
4:4:4
SMPTE 424M
3G-SDI
3Gbps
주) PCIe-FRM21은 HD-SDI 까지만 지원됩니다.
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PCIe-FRM21은 아날로그 비디오 포맷의 낮은 해상도를 뛰어넘는 고화질의 영상을 구현 하기 위해 사용되는 HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface) 카메라와 연동하여 촬영된 이미지 프레임을 PCI Express 1x 인터페이스 방식으로 PC에 전송하는 보드이다. Full-HD까지 지원 가능하며 또한, 4개의 Digital Input, 4개의 Digital Output을 제공하여 외부 제어를 할 수 있는 기능을 갖고 있다. 보드의 동작은 프로그램 API에 의하여 제어되며, 아래의 그림은 보드의 연동 동작을 그 림으로 나타내고 있다.
[그림 1.1] PCIe-FRM21 보드 사용 예 [그림1.1]에서 보면, PCIe-FRM21은 PC내의 PCI Express 슬롯에 장착되어 HD-SDI C amera로 부터 HD-SDI 인터페이스를 통하여 이미지 프레임을 통하여 받는다. 전송 받은 데이터는 PCI Express 1x 인터페이스를 통하여 응용 프로그램에 전송하는 역할을 담당한 다.
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1.1 PCIe-FRM21 특징
1.485Gbit/s HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface)
SMPTE 259M(SD-SDI), SMPTE344M(ED-SDI), SMPTE292M(HD-SDI) 지 원
4:2:2 YCbCr Data Format
Serial Digital Interface uses BNC Connecter/Cable
PCI Express 1x Interface (Can connect PCI Express 4x, 8x, 16x)
128MByte DDR SDRAM (64MB x 2)
480i, 576i, 480p, 576p, 720p, 1080i formats 지 원
4 Bits Digital Input/Output
Loop through Output (Option)
사용환경 Windows 2000 SP4 이상, Windows XP SP1 이상, Windows 7
간편한 Windows Application Programming Interface(DLL)
1.2 PCIe-FRM21 응용
Interface for CCTV & DVR (Digital Video Recorder)
감 시 보 안 Solution (CCTV)
영 상 인 식 (Pattern, 입 자 등 )
검 사 장 비 (Sensor, Semiconductor, Device 등 )
방송 장비
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2. 하드웨어 참조 2.1 PCIe-FRM21 FPGA Block Diagram 아래 그림에서 보듯이 PCIe-FRM21의 경우 전체적인 제어를 FPGA Core Logic에서 담당을 하고 있다. 주요 기능으로는 Frame Data 수신, 그리고 절연된 각 4 비트의 디 지털 입력/출력의 I/O가 있다. 이러한 기능들은 PCI Express 1x 인터페이스를 통하여 PC에서 API를 이용하여 수행 한다. PCI Express 1x BUS
PCIe-FRM21 INTERNAL BLOCK - FPGA
Local BUS
Local Bus Address Data(Mem,I/O)
Reserved (0x00 ? 0x5F)
PCI Target / Master
UART (0x60) BUS Mux
MEM Decoder To each IO Module
Reserved (0x70 ? 0xAF)
IO Decoder Interrupt controller SDI Camera (0xC0)
DPRAM CLOCK syn.
DIO (0xD0) Reserved (0xE0 ? 0xFF)
Interrupt Controller (0xb0)
Ext. Address, Data, Control
MEM Decoder
INT sources in Chip From Ext.
[그림 2-1. PCIe-FRM21 기능 블록도] FPGA 코어 로직의 프로그램은 JTAG을 이용하여 하고 있으며, FPGA Program Logic에서 logic 프로그램을 저장하고, 전원 인가 시 로드 하는 기능을 한다.
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2.2 PCIe-FRM22 외형도 각각의 중요한 보드 기능에 대하여 간략히 설명한다. 자세한 기능에 대한 내용은 부품 사양을 참조하기 바랍니다.
[그림 2-2. PCIe-FRM22 외형도] 보드에는 총 일곱 개의 LED가 있으며 각각의 설명은 다음과 같다. LED1
:
보드 부팅 초기나 reset 시 점등된다.
LED2
:
보드가 Configuration이 끝나고 동작 준비가 완료되면 점등이 된다.
LED3
:
영상 요청이 있을 때 점등된다.
LED4
:
영상 전송 시 점등된다.
LED5
:
DDR 메모리의 쓰기 동작 시 점등된다.
LED6
:
영상 요청이 승인 됐을 때 점등된다.
LED7
:
FPGA configuration이 완료됐을 때 점등된다.
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2.2.1 주요 부품 기능 (1) FPGA : U6 보드의 모든 기능은 이 FPGA Logic을 통하여 제어 된다. (2) SDI Receiver : U14 SDI 데이터를 수신한다. (3) Regulator : U5, U8, U9, U13, U16 보드에서 사용하는 전원을 공급한다. (4) PCI Express Chipset : U7 PCI Express Bridge이다. (5) DDR Mempry : U4,U8 128Mbyte (64MB x2) DDR SDRAM 이다. (6) Oscillator : Y1, Y2 FPGA와 SDI Receiver 에 필요한 클럭을 공급한다. (7) Photo-coupler Isolated I/O : P1 외부 장치와 연결을 위한 절연 입/출력 회로를 구성한다.
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2.3 커넥터 Pin-out PCIe-FRM21에서 사용하는 커넥터 및 점퍼에 대하여 설명을 한다. 주요 커넥터로 는 먼저 HD-SDI Camera 연결을 위한 BNC 커넥터와 외부 I/O 연결을 위한 D-SUB 15pin 커넥터가 있다. [그림 2-3]은 보드와 외부의 인터페이스를 하는 Bracket 그리고, 연결 커넥터를 보여주고 있다.
15 14 13
8 7 6 5
12 4 11 3 10 2 9 1
[그림 2-3. PCIe-FRM21 Front View]
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2.3.1 Dsub-15 Connecter : P1 커넥터의 핀 맵은 아래 그림과 같다.
N.C
15
N.C
14
IN3
13
IN1
12
N.C
11
OUT3
10
OUT1
9
8
GND
7
N.C
6
IN_COM
5
IN2
4
IN0
3
OUT_COM
2
OUT2
1
OUT0
[그림 2-4. D-SUB 15PIN pin-out] [표 3. D-Sub 15 커넥터 설명] 핀 번호
핀 이름
내용설명
1
OUT0
Output 0
2
OUT2
Output 2
3
OUT_COM
Output Common
4
IN0
Input 0
5
IN2
Input 2
6
IN_COM
Input Common
7
N.C
No Connected
8
GND
Ground
9
OUT1
Output 1
10
OUT3
Output 3
11
N.C
No Connected
12
IN1
Input 1
13
IN3
Input 3
14
N.C
No Connected
15
N.C
No Connected -11-
비고
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2.3.2 BNC Connecter : J3, J10 BNC(Bayonet Neil-Concelman) 커넥터는 빠르게 접속/차단할 수 있는 RF 커넥터 로 동축케이블에 사용되는 모형이다. 동축케이블 내부를 살펴보면 중심부의 신호선 과 신호선을 둘러싸고 있는 절연체, 그리고 외부도체(쉴드)를 볼 수 있습니다. 동축 케이블에는 50옴 임피던스와 75옴 임피던스가 있는데, HD-SDI 를 포함한 영상신 호들은 1Vp-p 미만의 미약한 신호로서 신호감쇄가 가장 적은 75옴 동축케이블을 사용합니다.
[그림 2-5. BNC Connecter and Cable] 주) 자료 : (RG-59 75옴 동축케이블 전용 BNC커넥터, 카나레 BCP-C4F)
[그림 2-6. Cable 단면]
2.3.3 J2 Connecter 3.3V 외부 DC 전원 커넥터이다. FPGA 인스톨 시 사용되는 전원으로 평소에는 사용하지 않는다.
2.3.4 J4 Connecter J4는 JTAG(Joint Test Action Group) 커넥터로 보드의 FPGA 프로그램을 업데이트 시키는데 사용한다. 평상시 보드를 동작할 때에는 사용하지 않는다.
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2.3.5 SW1 FPGA Reset Switch이다.
SW_RST
GND
[그림 2-7. SW1 스위치]
2.3.6 SW2 PCIe-FRM21 보드는 한 개의 시스템(PC)에 최대 4개의 PCIe-FRM21 보드를 동 시에 사용할 수 있도록 설계가 되어있다. 각각의 보드 구분은 보드 내에 있는 4핀 DIP 스위치(SW1)를 통하여 설정할 수 있다.
SW2 ON
OFF
1
2
[그림 2-8. SW1 스위치] [표 4. SW2 설명] 1
2
내용설명
OFF
OFF
보드 번호0
ON
OFF
보드 번호1
OFF
ON
보드 번호2
ON
ON
보드 번호3
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2.4 Digital I/O PCIe-FRM21 보드에는 포토-커플러로 절연된 4개의 디지털 입력 그리고, 4개의 디지털 출력을 P1 커넥터를 통하여 사용할 수 있다. 회로는 아래와 같다.
VCC
2.4K INx
DINx
IN_COM
< Photo coupler input>
VCC
22 OUTx
OUT_COM
DOUTx
[그림 2-9. 포토-커플러 입/출력 회로] 입력의 경우 2.4K 오옴의 저항을 사용하여 12V 입력일 경우 약 5mA, 24V 입력일 경우 약 10mA가 흐르게 된다. 사용 가능 입력 전압은 9V 에서 24V 이내이다. 출력은 22 오옴 저항을 사용하여 최대 출력 전류를 제한한다. 출력 전류는 10mA 이내에서 사용하여야 한다. 특별한 상황에서는 상기 설명에 따라서 동작 시키기 위하여 R 값을 조정하여 사용 한다.
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2.4.1 Photo-coupler Digital Input VCC
2.4K IN0
DIN0
VCC
IN1
DIN1
VCC
IN2
DIN2
VCC
IN3
DIN3
IN_COM
[그림 2-10. 포토-커플러 디지털 입력 회로] 포토-커플러 입력은 보드의 D-SUB 15핀 커넥터로 입력되며, 프로그램에서는 위의 그 림에서처럼 DIO 입력 비트 3에서 0까지 연결되어 있다.
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2.4.2 Photo-coupler Digital Output VCC
22 OUT0
DOUT0 VCC
22 OUT1
DOUT1 VCC
22 OUT2
DOUT2 VCC
22 OUT3
DOUT3
OUT_COM
[그림 2-11. 포토-커플러 디지털 출력 회로] 포토-커플러 출력은 보드의 DSUB 15핀 커넥터로 출력이 되며, 프로그램에서는 위의 그림에서처럼 DIO 출력의 비트 3에서 0까지 연결되어 있다.
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3. 설치 보드 설치에 앞서 포장 내용물이 이상이 없는가를 확인한다.
3.1 하드웨어 설치 3.1.1
제품 내용물
① PCIe-FRM21 보드 ② CD (드라이버/매뉴얼/API/샘플소스 등등) 구성 -
Document Folder : Manual and Catalog
-
Driver Folder
-
Intel_Jpeg Folder : Intel JPEG Library
-
Sample Folder
: Sample Application and DLL
-
Exe Folder
: FrameView.exe, FrmTest.exe 샘플실행파일
3.1.2
: pcie_frm21.sys, pcie-frm21.inf
설치 과정
① 컴퓨터의 전원을 끈다. ② 컴퓨터 매뉴얼에 따라 컴퓨터 커버를 벗긴다. ③ 빈 PCI Express 슬롯에 제품을 삽입한다. 되도록이면 CPU에 가까운 순서대로 보드를 삽입한다. ④ 보드가 삽입된 슬롯의 컴퓨터 케이스 뒷부분의 막혀져 있는 부분을 제거한 후 보드의 브라켓과 케이스의 연결부분에 나사를 꽉 채결한다. ⑤ 멀티 보드인 경우 3번부터 다시 수행한다.
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3.2 드라이버 설치 보드의 사용환경은 Windows 2000 SP4 이상, Windows XP SP1 이상에서 사용되어 야 한다. 먼저, PC의 전원을 off후 PCIe-FRM21 보드를 PCI Express Slot에 꽂고 PC 의 전원을 켠다. 아래와 같이 “새 하드웨어 검색 마법사 시작” 창이 열리면, 아래와 같이 선택 후 다음 버튼을 클릭한다. 1. 아래와 같이 선택 후 다음 버튼을 클릭
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2. 동봉된 CD에서 Driver를 선택 후 다음 버튼을 클릭한다.
3. 다음 버튼을 클릭한다. 아래와 같이 설치 프로세서가 진행됨을 나타낸다.
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4. 다음 버튼을 클릭한다.
5. 설치가 완료되면, 정상적으로 드라이버가 설치 되었는지 다음과 같은 방법으로 확 인한다. 6. 내 컴퓨터 -> 속성 -> 하드웨어 -> 장치관리자에서 다기능어댑터 -> “PCIeFRM21”이(가) 설치가 되었는가를 확인한다.
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7. 아래의 그림과 같이 나타나게 되면, 설치가 정상적으로 이루어진 것이다.
상기 그림은 PCIe-FRM21 보드가 PC에 정상적으로 설치된 화면을 보이고 있다. ㈜ 최초 설치 후에는 정상적인 동작을 위하여 반드시 PC를 재 부팅하여 사용하여야 한다.
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4. 샘플 프로그램 설명 보드와 함께 제공하는 CDROM에는 보드를 쉽게 사용할 수 있도록 사용 샘플 프로그램 이 제공하고 있다. 샘플 프로그램을 시험하기 위하여는 먼저 보드의 드라이버가 설치되 어 있어야 한다. 샘플 프로그램 중 “FrmTest”는 보드를 사용하기 위하여 제공되는 API를 간략하게 시 험할 수 있도록 소스 형태로 제공하므로 사용자가 수정하여 사용할 수가 있다.
4.1 FrmTest 프로그램
[그림 4-1. “FrmTest.exe” 프로그램 실행 화면]
위의 샘플 프로그램을 이용하기 위하여는 API(Application Programming Interface)가 필요하다. API는 “DLL” 형태로 제공이 되며, 컴파일을 하기 위하여는 임포트(Import) 라이브러리 및 헤더 파일이 필요하다. 상기에 명시된 모든 파일은 제공하는 CDROM에 포함되어 있다. 샘플 프로그램을 정 -22-
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상적으로 실행 하기 위하여는 API DLL(ijl15.DLL)이 실행 파일의 폴더에 있거나, Windows 의 시스템 폴더 혹은 Path 환경 변수로 지정된 폴더에 있어야 한다. 4.1.1 이미지 관련 기능 (1) Resolution 원하는 resolution을 선택한다. 재 설정 시 Device Init 재 실행해야 한다. (2) Device Init 이미지 프레임 기능을 초기화 한다. 최초 전원 인가 시 한번 만 수행한다. (3) Start 카메라에서 전송된 이미지 프레임을 보드에 저장을 시작한다. (4) FRAME Read 보드에 저장된 이미지 프레임을 PC로 읽어 온다. 만약 이미지 프레임이 보드에 저장이 되어 있지 않으면 저장이 완료될 때까지 기다려야 한다. (5) Save Data 보드에 저장된 이미지 프레임을 PC에 binary 형태로 저장한다. (6) Video Frame Mode 입력되는 카메라 영상에 맞추어 Progressive 또는 Interlace Mode로 선택한다. (7) Video Data Bits 16Bit YUV로 선택한다. (8) Frame View 클릭 시 정지화면으로 보여준다. (9) Auto View 체크 시 동영상으로 보여준다. (10) Frame Rate 초당 프레임 수 (11) Auto Save 체크 시 밑의 박스의 BMP 또는 JPEG 포맷으로 초당 30 프레임씩 해제될 때까 -23-
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지 파일로 저장한다. (12) Select Folder 저장 할 폴더를 선택한다. 기본적으로 D:\Image 폴더로 세팅되어 있다. (13) Close Device 보드사용이 완료되고 프로그램을 종료할 경우에 호출한다.
4.1.2 DIO 관련 기능 (1) DIO Read General purpose I/O 포트의 값을 읽어 올 경우에 호출한다. 읽어온 데이터는 버 튼 옆 에디터 박스에 기록된다. (2) DIO Write General purpose I/O 포트에 값을 기록할 경우에 호출한다. 기록할 데이터 값은 버튼 옆 에디터 박스에서 읽어 온다.
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4.2 FrameView 프로그램
[그림 4-2. 샘플 프로그램 “FrameView.exe” 실행 화면] 위의 샘플 프로그램을 이용하기 위하여는 API(Application Programming Interface)가 필요하다. API는 “DLL” 형태로 제공이 되며, 컴파일을 하기 위하여는 임포트(Import) 라이브러 리 및 헤더 파일이 필요하다. 상기에 명시된 모든 파일은 제공하는 CDROM에 포함되어 있다. 샘플 프로그램을 정 상적으로 실행하기 위하여는 API DLL(PCI_FRM21.DLL)이 실행 파일의 폴더에 있거나, Windows 의 시스템 폴더 혹은 Path 환경 변수로 지정된 폴더에 있어야 한다.
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각 메뉴 바의 설명은 다음과 같다. 여기에서 설명하지 않는 메뉴 바는 사용하지 않는 기 능이다. (1) Select Resolution --- Camera의 출력 해상도에 맞추어 선택한다. (2) Device Load --- .dll 파일을 다시 불러온다. (3) Board # selection --- PCIe-FRM21 보드 번호 선택 0 ~ 3 (4) Device Start --- 선택한 보드의 동작을 시작한다. (5) Device Stop --- 선택한 보드의 동작을 종료한다.
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Appendix A.1 Specification General
1.485Gbit/s HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface)
PCI Express Specification Revision 1.0
PCI Express 1x interface
Support HDMI 1.3, DVI 1.0
High-bandwidth digital content protection (HDCP 1.3)
다 양 한 High quality multi-format video mode 지 원
Memory
128Mbyte DDR SDRAM
Interface
SMPTE 259M(SD-SDI), SMPTE344M(ED-SDI), SMPTE292M(HD-SDI) 지원
기능
이 미 지 프 레 임 데 이 터 PC 로 전 송
480i, 576i, 480p, 576p, 720p, 1080i formats 지 원
4 Bits Digital Input/Output
Operating System Windows 2000 SP4 이 상 / Windows XP SP1 이 상 / Windows 7 API Interface with Application through client DLL Form Factor PCI Express x1 interface Operating Environment
Temperature : 0 to 50 Humidity : 0 to 90% RHNC
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A.2 외형 치수 보드의 외형 치수는 아래와 같다.
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References 1. Specification of Camera Link Interface Standard for Digital Cameras and Frame Grabbers -- Camera Link committee 2. PCI Local Bus Specification Revision2.1 -- PCI Special Interest Group 3. How to install PCI DAQ Board -- DAQ system 4. AN201 How to build application using API -- DAQ system 5.AN312 PCIe-FRM21 API Programming -- DAQ system
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