基于FPGA的高速数据采集与存储设备的实现

发布时间：2017-06-02 13:21

  本文关键词：基于FPGA的高速数据采集与存储设备的实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【关键词】：ADC FPGA DDR3 PCIe Verilog
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP274.2;TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 论文的研究背景15-16
• 1.2 国内外发展趋势16-18
• 1.2.1 数据采集技术的发展现状16
• 1.2.2 数据存储技术的发展现状16-17
• 1.2.3 数据传输技术的发展现状17-18
• 1.3 论文研究内容及章节安排18-19
• 第二章 数据采集、存储与传输技术19-31
• 2.1 数据采集原理19-23
• 2.1.1 信号采样原理19-20
• 2.1.2 采样方式研究20-23
• 2.2 DDR3-SDRAM内存存储原理23-26
• 2.3 高速数据传输技术26-30
• 2.3.1 总线传输技术26-27
• 2.3.2 PCI Express总线技术27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 高速数据采集与存储系统的设计和实现31-55
• 3.1 高速数据采集与存储系统的结构设计31-34
• 3.2 数据采集控制器的设计与实现34-36
• 3.3 DDR3-SDRAM内存控制器的设计与实现36-47
• 3.3.1 DDR3-SDRAM内存控制器模块的划分36-37
• 3.3.2 Memory Interface Generator IP核控制37-41
• 3.3.3 用户接口逻辑的设计与实现41-47
• 3.4 PCIe G2.0总线接口控制器的设计与实现47-54
• 3.4.1 PCIe G2.0总线接口控制器模块的划分47-48
• 3.4.2 PCIe Endpoint Block IP核简介48-49
• 3.4.3 DMA读写控制器模块设计49-53
• 3.4.4 配置信息与状态控制模块设计53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 高速数据采集与存储系统的测试与验证55-65
• 4.1 测试与验证平台55-56
• 4.2 数据采集模块的测试56-57
• 4.3 DDR3-SDRAM内存读写性能测试57-59
• 4.4 PCIe G2.0总线接口数据传输性能测试59-61
• 4.5 DDR3-SDRAM内存与PCIe G2.0总线联合性能测试61-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 论文工作总结65
• 5.2 未来展望65-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-71
• 作者简介71-72

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