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150MSPS連續(xù)數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)

2016-07-19 15:54:00 

一,、概述

2通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)150MS/s采樣，連續(xù)采集存儲以及實時信號處理等功能,。
用QT1138AC采集卡,，在FIFO采集模式下，是將板載內(nèi)存虛擬為一個大容量FIFO允許采集數(shù)據(jù)由該FIFO緩沖后連續(xù)不斷的通過PCIe接口傳輸?shù)街鳈C內(nèi)存或硬盤中,。,。
北京坤馳科技有限公司基于數(shù)據(jù)采集與控制部分，為用戶提供一套解決方案,，涉及到信號的采集存儲或處理,。
二、系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)框圖
三,、系統(tǒng)組成
1,、采集模塊

采集模塊
QT1138AC(圖為8ch版本，交付實物為2ch)
北京坤馳公司：QT1138AC基于PCIe總線的數(shù)據(jù)采集卡：
  • 使用單或雙通道采集
  • 16bit采集精度
  • 大250Msps采樣率
  • PCIe x8 Gen2總線,，連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率＞2.8GB/s
2,、主機
便攜式工控機箱（配置可按要求變更）：
  • I7處理器
  • X99主板
  • 8GB DDR4x2內(nèi)存
  • 1TB SSD
四、FPGA開發(fā)
Qtex V1.0是坤弛代嵌入式系統(tǒng)邏輯平臺,，基于Xilinx 6系列FPGA實現(xiàn),。集成了豐富的對外高速和低速接口,。系統(tǒng)由CPU子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集(DAQ子系統(tǒng),、高速存儲(Storage)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)回放(loopback)子系統(tǒng)構(gòu)成,，具有配置靈活、可擴展性,、接口豐富等特點,。
Qtex V1.0邏輯AD版，其邏輯結(jié)構(gòu)分別如下：
邏輯結(jié)構(gòu)
AD模塊（對應(yīng)adc_top.v）用于接收AD采集的數(shù)據(jù),；
觸發(fā)控制模塊（對應(yīng)ad_ch_top.v）用于實現(xiàn)系統(tǒng)功能中的各種觸發(fā)方式,，并根據(jù)觸發(fā)將AD數(shù)據(jù)通過AXI-STREAM接口傳到SOC系統(tǒng)中；
PCI-E模塊（對應(yīng)pcie_mailbox_top.v）實現(xiàn)了一個PCI-E從端口,，并在PCI-E從端口基礎(chǔ)上引出了一個mailbox接口及兩組AXI-STREAM接口（一組上行,，一組下行）用于實現(xiàn)與上位機之間的DMA數(shù)據(jù)傳輸；
SPI模塊（對應(yīng)spi_if.v）是一個SPI主控制器,，可在CPU或用戶邏輯的控制下操作各種SPI從設(shè)備,，如AD/DA芯片等；
DDR模塊（對應(yīng)dual_ddrc_wrapper.v）調(diào)用了Xilinx的MIG核,，驅(qū)動板上的兩組DDR3,，并將這兩組DDR3接口合并為一組AXI-STREAM接口連到SOC系統(tǒng)中；
SOC模塊（對應(yīng)qtexv100.xmp）是Qtex V1.0的核心部分,，主要包括軟核處理器microblaze及其必須的AXI總線控制器和RAM等IP,、AD/DA和DDR之間的DMA及DDR和PCI-E之間的DMA等。
對于需要做二次開發(fā)的用戶來說,，如果只需要對數(shù)據(jù)做簡單的預(yù)處理或后處理,，如上下變頻、FIR濾波等,，則簡單的方式是在AD/DA接口和觸發(fā)控制邏輯之間添加自己的邏輯,，如下圖：

上下變頻、FIR濾波等操作,，需要關(guān)心的只有AD/DA數(shù)據(jù)接口及其時鐘。在AD/DA模塊接口上,，是一個和AD/DA采樣率成整倍數(shù)關(guān)系的時鐘及一組和AD/DA通道數(shù)成整倍數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù),，具體倍數(shù)取決于AD/DA芯片型號。在觸發(fā)控制模塊接口上,，時鐘頻率和數(shù)據(jù)位寬都是用戶可配置的,。因此，用戶邏輯可以改變AD/DA數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)位寬及時鐘頻率以達到想要的功能,。
六,、實時流盤功能
使用QT1138AC板卡,，由于板卡的垂直分辨率在16bit，當(dāng)采樣率在150MS/s,，單通道采集時,，每秒的數(shù)據(jù)量大小為：
150MS/s×1ch×2=300MB/s

QT1138為PCIex8 Gen2接口，流模式速度可達2500MB/s,，遠遠超過采集的數(shù)據(jù)量,。采用固態(tài)硬盤存儲時，連續(xù)寫速度可達400MB/s>300MB/s,。所以在150MS/s單通道時可以進行實時流盤的操作,。

流模式功能將板載內(nèi)存虛擬為一個大容量 FIFO，允許采集數(shù)據(jù)由該FIFO 緩沖后連續(xù)不斷的通過 PCI Express 總線傳輸?shù)街鳈C內(nèi)存或硬盤中,。在 FIFO 模式下,，系統(tǒng)會預(yù)先設(shè)置FIFO 容量和實時監(jiān)測FIFO 狀態(tài)，并自動啟動 PCI Express DMA 操作,，進行數(shù)據(jù)搬運工作,。FIFO 模式工作后，其采集數(shù)據(jù)長度容許無限長,，限制條件為主機的內(nèi)存容量或硬盤容量,。

流模式又分為FIFO Single與FIFO Multiple兩種。在FIFO Single模式下接收一次觸發(fā)事件之后,，會連續(xù)不斷地采集數(shù)據(jù),，同時連續(xù)不斷地傳輸數(shù)據(jù)到上位機內(nèi)存，板載內(nèi)存作為一個 ring buffer 傳輸數(shù)據(jù),。當(dāng) ring buffer 緩存的數(shù)據(jù)達到一定量時,，上位機接收到數(shù)據(jù)。采集卡可以一直工作,，直到用戶發(fā)命令停止數(shù)據(jù)采集,。在FIFO Multiple模式下將板載存儲空間分成 N 個子段，可以接收連續(xù)觸發(fā)操作,。系統(tǒng)自動將每次觸發(fā)前后采集的數(shù)據(jù)存入對應(yīng)的存儲器子段,，這個過程不需要軟件干預(yù)，采集卡也不需要重新啟動,。FIFO 模式下分段數(shù)量不受限制,。

FIFO Multiple

七、系統(tǒng)配置

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