基于千兆以太网的FPGA高速数据采集传输系统的设计与实现

发布时间：2023-04-09 19:10

　　高速数据采集传输系统在科研领域以及通信等工业应用领域中扮演着越来越重要的角色。采集传输系统采集高速数据并传输给上位机,是数据与外部建立联系的桥梁。其难点在于准确、有针对性地采集与传输数据,FPGA技术的升级为这一问题提供了新的解决方案。论文依照采集传输系统的需求,对典型系统存在的问题进行分析。当前广泛使用的采集传输系统在采集过程中存在着数据频谱分布广泛,信干比低、幅值抖动,过载削顶、有效信息分布离散,无法准确获取及分析的问题;在传输过程中存在着数据包丢失和数据仅可单向传输,无交互的问题。为了解决以上两类问题,本文基于实验室应答器传输系统的科研任务,深入调研所需关键技术,提出了增加模拟低通滤波、程控自动增益控制、FPGA内部对数据的预筛选、选择重传和接收上位机指令包对系统进行配置的解决方案。据此对采集传输系统进行重构,改进后的系统使用Altera高性能FPGA作为中控芯片,以千兆以太网作为传输方式,配合模拟滤波电路、程控自动增益环路、ADC转换电路和DDR2 SDRAM存储电路对系统进行实现,保障了数据从采集到传输的稳定运行。在设计框架明确后,本文完成了电路设计,并对关键部分进行了仿真验...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与发展现状
        1.1.1 数据采集传输系统的研究意义
        1.1.2 相关技术的发展现状
    1.2 论文研究内容
    1.3 组织结构与章节安排
第二章 高速数据采集传输系统理论基础
    2.1 数据采集基本理论
        2.1.1 采样
        2.1.2 量化和编码
    2.2 数据传输基本理论
    2.3 系统设计主要性能指标
    2.4 本章小结
第三章 高速数据采集传输系统架构设计
    3.1 现有典型系统的基本架构
    3.2 现有系统的问题分析
        3.2.1 采集过程存在的问题
        3.2.2 传输过程存在的问题
    3.3 改进方法设计
        3.3.1 采集过程的设计
        3.3.2 传输过程的设计
    3.4 整体架构改进设计
    3.5 本章小结
第四章 高速采集传输系统的实现
    4.1 系统外围设计
        4.1.1 模拟低通滤波器设计
        4.1.2 时钟同步逻辑设计
    4.2 程控自动增益控制设计
        4.2.1 硬件电路设计
        4.2.2 FPGA内部架构
        4.2.3 幅值估计设计
        4.2.4 增益调节设计
    4.3 采集方案设计
        4.3.1 硬件部分设计
        4.3.2 软件架构设计
        4.3.3 跨时钟域处理
        4.3.4 数据初筛设计
        4.3.5 FSK解调设计
        4.3.6 异步FIFO设计
    4.4 数据存储转发设计
        4.4.1 硬件部分设计
        4.4.2 软件部分设计
    4.5 千兆以太网传输设计
        4.5.1 以太网底层实现
        4.5.2 ARP协议的实现
        4.5.3 UDP协议的实现
        4.5.4 重传协议设计
    4.6 本章小结
第五章 采集系统综合测试
    5.1 系统测试分析
        5.1.1 低通滤波器仿真分析
        5.1.2 时钟同步模块仿真分析
        5.1.3 自动增益控制测试分析
        5.1.4 采样模块测试分析
        5.1.5 数据存储转发模块测试分析
        5.1.6 千兆以太网模块测试分析
    5.2 系统整体实现结果
    5.3 系统结果分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 未来研究工作
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录



本文编号：3787575