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基于FPGA的高速数据采集与存储设备的实现

韦伟  
【摘要】:高速数据采集与存储系统在现代信息处理系统中占据着举足轻重的位置。在现代信息处理技术中,大部分都是通过数字电路构造的系统来完成信息的获得、处理、控制和传输等一系列工作。但在实际的工程应用中,待处理的信息通常是温度、湿度、压强和辐射等物理量,这些物理量需要通过各类专门的传感器将其转换成连续的模拟信号。而所谓的数据采集,就是指将这些连续的模拟信号转换成数字系统能够处理的数字信号。所以数据采集与数据存储、传输一样,都是处理数字信号之前十分重要的步骤。数据采集的速度与精度、采集得到的数据存储与传输的速率直接影响着整个处理系统的性能。本论文设计与实现的高速数据采集与存储系统是通过高性能ADC芯片采样得到高速率与高精度的采样数据,将这些数据用内存缓存并提前做一些处理,再经过计算机总线,将数据及时、高效地传输至计算机本地磁盘落盘,从而达到记录工作数据以及方便使用者反复查看与分析数据的目的。在研究和了解了内存与总线技术的发展历程和现状之后,决定选用DDR3-SDRAM和PCI Express(简称PCIe)来分别实现数据在本系统中的缓存与传输。本系统是基于FPGA来进行设计与实现的,FPGA设计的灵活性和FPGA模块化设计的特点大大缩短了系统的开发时间与成本,并使系统具备进一步扩展升级的可能。考虑到编程的难易度与代码的通用性等方面,在设计时采用了VerilogHDL硬件描述语言分别对DDR3-SDRAM接口的读写状态转换、ADC芯片工作模式的控制、采集数据的预处理以及PCIe总线接口的数据流控制模块进行了程序的编写,并通过Isim仿真软件对各个功能模块进行充分的功能仿真。经过充分的仿真验证和大量的测试分析,本系统的各项功能得以实现,各项性能指标均达到设计目标。能够满足目前军事、工业以及空间探测等领域中对数据采集与存储系统的需求。本论文设计与实现的高速数据采集与存储系统具有很大的实用价值以及十分广阔的应用前景。


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