基于SRIO的高速射频信号存储系统的开发
发布时间：2021-08-07 07:03
为满足CSNSRCS射频系统对短时间内大量射频信号数据记录和存储的要求,开发了基于PCI Express总线和Serial RapidIO互联通信技术的高速射频信号传输与存储系统。系统采用Xilinx FPGA作为主控制器实现协议包的解析、数据的DMA传输和动态缓存,再配合高速的SSD固态硬盘能够实现高达2 GB/s的数据传输和写磁盘存储速率。
【文章来源】：核电子学与探测技术. 2020,40(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１射频位号控制与监控平台整体的硬件架构??ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信卡通过Ｘｉｌｉｎｘ??－２?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信程序的设计??
ＧＴＸ通道来实现两路４ｘ?ＳＲＩＯ接口，接收由??光纤传输过来的数据。同样８ｘ?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ??接口由相邻ｂａｎｋ的两个Ｑｕａｄ的８个ＧＴＸ通??道来实现的。??２．２程序的整体架构设计??ＦＰＧＡ程序采用分层模块化的结构，根据??数据流的方向分为数据包的接收模块、包格式??解析模块、数据缓存模块、ＡＸＩ内存映射接口??控制模块和ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ数据流模块，如图２??所示。??＜ｓｎｕｒ??４ｘｓｍｎ－??Ｓ〇ｍｒ．＜，地址??数据包的接收模块??—ｇ??＾＾??Ｓｅｒｉ．ｉｌ?ＲａｐｉｄＩＯ?Ｇｅｎ２??Ｅｎｄｐｏｉｎｌ?ＩＰ核??包格式解析模块＿??ＡＸ１４－Ｓｌｍｉｍ??数据包的接收模块??写数据??Ｔ＾ｌｕｌｌ??Ｓ＊＇ｒｉａｌ?ＲａｐｉｃｉｌＯ?（ｉｃｎ２??Ｅｌｉ山ｘ＞ｉｎｆ?ＩＰ核??包格式解析模块??｜［）＆写地址??ｅｍｐｔｙ??＾ｌｌｌ＇Ｏ??＾?：??—？??？?ＦＩＦＯ＿Ｎ＾Ｍ－ｌ??数据缓存模块??读地址??ＭＩＣｉ?略??ＡＸ１４内存映射??接口控制校块??ＪＬ??ＡＸＩ?Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ?ＩＩ＊核??？ＡＸＩ４?Ｍｅｍｏｒ＞?Ｍａｐｐｅｄ??Ｉ??ＤＭＡ?Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ?ｆｏｒ??ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ?ＩＰ＾；??ＰＣ］?Ｅｘｐｒｅｓｓ数据流模块??图２?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信板ＦＰＧＡ程序的整体架构??２．３数据包的接收模块??存储系统通过２路４ｘ?ＳＲＩＯ接口?ＳＲＩＯ接??收低电平控制系统中射频信号控制与处理系统??发送过来的ＳＲＩＯ数据包。程序的数据包的接??收模块采用Ｘｉｌｉｎ
ｓ?ＩＰ?核驱动，??通过８ｘ?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ接口读取缓存到ＤＤＲ３??内存中的数据。ＩＰ核支持４路的Ｈ２Ｃ（Ｈｏｓｔ??ｔｏ?Ｃａｒｄ）和?４?路的?Ｃ２Ｈ（Ｃａｒｄ?ｔｏ?Ｈｏｓｔ）?ＤＭＡ??引擎，本系统只使用了?Ｃ２Ｈ引擎，接口配置为??ＡＸＩ４内存映射接口。??上位机程序发起Ｃ２Ｈ传输读取ＰＣＩ??Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信ＦＰＧＡ板卡的数据，并以文??件的形式写人ＳＳＤ固态硬盘中。程序可以分??为Ｃ２Ｈ传输发起部分和ＤＭＡ传输完成后写??文件部分，程序流程图如图５所示。??开始）??ｒｗ??丧找设备，获取ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｔ？ｓ！??ＤＭＡＣ２Ｈ设备句柄??初始化Ｃ２Ｈ传输．包括读取??数据大小，分配ｂｕｆｆｅｒ空间??是否获取Ａ制信丨爸上输??创建Ｃ２Ｈ传输描述符??将描述符写入寄存器Ｃ２Ｈ?ＳＧＤＭＡ?Ｄｅｓｃｒｉｐｌｏｒ??ｈｍ?Ａｄｄｒｅｓｓ?（?０ｘ５０８０?）和寄介器Ｃ２ＨＳＧＴ）ＭＡ??Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ?Ｈｉｇｌｉ?Ａｄｄｒｅｓｓ?（?０ｘ５０８４?）??将剩卜‘的描述符的数Ｍ，即传输的次数??写入寄存器Ｃ２Ｈ?Ｓｆ；Ｔ）ＭＡ?！＞ｓｃｒｉｐｔ？ｒ??Ａｄｊａｃｅｎｔ?（?０ｘ５０８８?）??将寄存器Ｃ２Ｈ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ｃｏｎ丨ｒｏ丨（０ｘ１００４?）??的ｈｉｕ＞置丨，使Ｃ２Ｈ引擎启动??读寄存器ＩＲＱ?Ｂｌｗｋ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ｉｎｌｅｒｒｕｐ丨?Ｒｅｑｕｅｓｔ??（０ｘ２０４４），判断发送中断的Ｃ２Ｈ的通道??Ｂ、：寄符器Ｃ２Ｈ?Ｃｈａｎｎｅｌ?ＳｌａＵ丨ｓ?（?Ｏｘ?丨０４４?）和奇存??５｛ｉ￥Ｃ２Ｈ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ｃｏｍ｜）ｌｅｌｅｄ?Ｄｅｓｃｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于千兆以太网的CSNS RCS射频分布式控制系统架构[J]. 龙巍,孙虹,李晓,陈胜义,刘洋. 核电子学与探测技术. 2017(03)
[2]FPGA+DSP异构视频处理系统中基于SRIO的数据高效传输方法[J]. 姜宏旭,刘亭杉,李辉勇,张萍,段洣毅. 计算机学报. 2015(06)
[3]Design and performance of the LLRF system for CSNS/RCS[J]. 李晓,孙虹,龙巍,赵发成,张春林. Chinese Physics C. 2015(02)
[4]先进裂变核能的关键核数据测量和CSNS白光中子源[J]. 唐靖宇,敬罕涛,夏海鸿,唐洪庆,张闯,周祖英,阮锡超,张奇玮,杨征. 原子能科学技术. 2013(07)
[5]CSR纵向束团压缩腔研究[J]. 殷达钰,刘勇,解庆春,李朋. 原子核物理评论. 2009(03)
本文编号：3327319
【文章来源】：核电子学与探测技术. 2020,40(01)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１射频位号控制与监控平台整体的硬件架构??ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信卡通过Ｘｉｌｉｎｘ??－２?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信程序的设计??
ＧＴＸ通道来实现两路４ｘ?ＳＲＩＯ接口，接收由??光纤传输过来的数据。同样８ｘ?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ??接口由相邻ｂａｎｋ的两个Ｑｕａｄ的８个ＧＴＸ通??道来实现的。??２．２程序的整体架构设计??ＦＰＧＡ程序采用分层模块化的结构，根据??数据流的方向分为数据包的接收模块、包格式??解析模块、数据缓存模块、ＡＸＩ内存映射接口??控制模块和ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ数据流模块，如图２??所示。??＜ｓｎｕｒ??４ｘｓｍｎ－??Ｓ〇ｍｒ．＜，地址??数据包的接收模块??—ｇ??＾＾??Ｓｅｒｉ．ｉｌ?ＲａｐｉｄＩＯ?Ｇｅｎ２??Ｅｎｄｐｏｉｎｌ?ＩＰ核??包格式解析模块＿??ＡＸ１４－Ｓｌｍｉｍ??数据包的接收模块??写数据??Ｔ＾ｌｕｌｌ??Ｓ＊＇ｒｉａｌ?ＲａｐｉｃｉｌＯ?（ｉｃｎ２??Ｅｌｉ山ｘ＞ｉｎｆ?ＩＰ核??包格式解析模块??｜［）＆写地址??ｅｍｐｔｙ??＾ｌｌｌ＇Ｏ??＾?：??—？??？?ＦＩＦＯ＿Ｎ＾Ｍ－ｌ??数据缓存模块??读地址??ＭＩＣｉ?略??ＡＸ１４内存映射??接口控制校块??ＪＬ??ＡＸＩ?Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ?ＩＩ＊核??？ＡＸＩ４?Ｍｅｍｏｒ＞?Ｍａｐｐｅｄ??Ｉ??ＤＭＡ?Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ?ｆｏｒ??ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ?ＩＰ＾；??ＰＣ］?Ｅｘｐｒｅｓｓ数据流模块??图２?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信板ＦＰＧＡ程序的整体架构??２．３数据包的接收模块??存储系统通过２路４ｘ?ＳＲＩＯ接口?ＳＲＩＯ接??收低电平控制系统中射频信号控制与处理系统??发送过来的ＳＲＩＯ数据包。程序的数据包的接??收模块采用Ｘｉｌｉｎ
ｓ?ＩＰ?核驱动，??通过８ｘ?ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｅｓｓ接口读取缓存到ＤＤＲ３??内存中的数据。ＩＰ核支持４路的Ｈ２Ｃ（Ｈｏｓｔ??ｔｏ?Ｃａｒｄ）和?４?路的?Ｃ２Ｈ（Ｃａｒｄ?ｔｏ?Ｈｏｓｔ）?ＤＭＡ??引擎，本系统只使用了?Ｃ２Ｈ引擎，接口配置为??ＡＸＩ４内存映射接口。??上位机程序发起Ｃ２Ｈ传输读取ＰＣＩ??Ｅｘｐｒｅｓｓ光纤通信ＦＰＧＡ板卡的数据，并以文??件的形式写人ＳＳＤ固态硬盘中。程序可以分??为Ｃ２Ｈ传输发起部分和ＤＭＡ传输完成后写??文件部分，程序流程图如图５所示。??开始）??ｒｗ??丧找设备，获取ＰＣＩ?Ｅｘｐｒｔ？ｓ！??ＤＭＡＣ２Ｈ设备句柄??初始化Ｃ２Ｈ传输．包括读取??数据大小，分配ｂｕｆｆｅｒ空间??是否获取Ａ制信丨爸上输??创建Ｃ２Ｈ传输描述符??将描述符写入寄存器Ｃ２Ｈ?ＳＧＤＭＡ?Ｄｅｓｃｒｉｐｌｏｒ??ｈｍ?Ａｄｄｒｅｓｓ?（?０ｘ５０８０?）和寄介器Ｃ２ＨＳＧＴ）ＭＡ??Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ?Ｈｉｇｌｉ?Ａｄｄｒｅｓｓ?（?０ｘ５０８４?）??将剩卜‘的描述符的数Ｍ，即传输的次数??写入寄存器Ｃ２Ｈ?Ｓｆ；Ｔ）ＭＡ?！＞ｓｃｒｉｐｔ？ｒ??Ａｄｊａｃｅｎｔ?（?０ｘ５０８８?）??将寄存器Ｃ２Ｈ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ｃｏｎ丨ｒｏ丨（０ｘ１００４?）??的ｈｉｕ＞置丨，使Ｃ２Ｈ引擎启动??读寄存器ＩＲＱ?Ｂｌｗｋ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ｉｎｌｅｒｒｕｐ丨?Ｒｅｑｕｅｓｔ??（０ｘ２０４４），判断发送中断的Ｃ２Ｈ的通道??Ｂ、：寄符器Ｃ２Ｈ?Ｃｈａｎｎｅｌ?ＳｌａＵ丨ｓ?（?Ｏｘ?丨０４４?）和奇存??５｛ｉ￥Ｃ２Ｈ?Ｃｈａｎｎｅｌ?Ｃｏｍ｜）ｌｅｌｅｄ?Ｄｅｓｃｒ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于千兆以太网的CSNS RCS射频分布式控制系统架构[J]. 龙巍,孙虹,李晓,陈胜义,刘洋. 核电子学与探测技术. 2017(03)
[2]FPGA+DSP异构视频处理系统中基于SRIO的数据高效传输方法[J]. 姜宏旭,刘亭杉,李辉勇,张萍,段洣毅. 计算机学报. 2015(06)
[3]Design and performance of the LLRF system for CSNS/RCS[J]. 李晓,孙虹,龙巍,赵发成,张春林. Chinese Physics C. 2015(02)
[4]先进裂变核能的关键核数据测量和CSNS白光中子源[J]. 唐靖宇,敬罕涛,夏海鸿,唐洪庆,张闯,周祖英,阮锡超,张奇玮,杨征. 原子能科学技术. 2013(07)
[5]CSR纵向束团压缩腔研究[J]. 殷达钰,刘勇,解庆春,李朋. 原子核物理评论. 2009(03)
本文编号：3327319
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