基于端到端的PXIe数据采集及存储系统研制

摘要

随着计算技术日新月异的发展，包括微处理器速度的提高和固态记录器容量的增加，极快地引发了数据的大爆炸。尤其是测试测量领域对于数据采集及存储系统的采样率、存储密度以及分辨率等提出了更高的要求。PXI Express总线作为PCI Express总线在仪器领域的扩展，能够加快数据流盘的数据存取速率，尤其是采用端到端的数据传输方式，更有效地提高了数据传输效率。鉴于此，本文研制了基于端到端技术的PXI Epxress高速数据采集及存储系统。
　　本文首先根据系统的功能和技术指标要求，制定了系统的总体设计方案。硬件设计中，采用 ADC08D1520作为核心芯片，实现双通道/单通道采样；采用 LMX2541SQ3030E提供高质量、低抖动的采样时钟；采用前端调理电路，使输入信号满足ADC的输入要求；采用DDR2 SDRAM内存条作为高速缓存；采用带有PCI Express Endpoint Block硬核的FPGA实现PXI Express接口。选用带有16片NandFlash的PXI Express固态记录器作为存储系统。逻辑设计中，采用Xilinx SelectIO技术实现对ADC高速差分数据的接收；采用MIG IP核实现对DDR2 SDRAM的控制；采用PCI Express Endpoint Block硬核实现PCI Express协议，并在该基础上设计了DMA引擎和端到端传输引擎。软件设计中，采用LabWindows/CVI与NI-VISA设计了应用程序与PXI Express接口驱动程序。
　　最后对系统的性能进行了测试，测试结果表明，数据采集卡的带宽大于800MHz，在带宽范围内有效位数大于6.5位，具有较好的动态特性；端到端的写速率可以达到846.6MB/s，读速率可以达到789.1MB/s，满足设计要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源和研究的目的及意义

1.2 关键技术的发展现状分析

1.3 主要研究内容及论文结构

第2章 数据采集及存储系统方案设计

2.1 技术指标与需求分析

2.2 系统硬件方案设计

2.3 系统软件方案设计

2.4 本章小结

第3章 PXIe高速数据采集卡的研制

3.1 数据采集卡的硬件电路设计

3.2 数据采集卡的固件设计

3.3 数据采集卡的驱动程序设计

3.4 本章小结

第4章 端到端数据传输方案的实现

4.1 端到端技术简介

4.2 端到端数据传输方案设计

4.3 端到端数据传输固件设计

4.4 本章小结

第5章 数据采集及存储系统测试

5.1 测试平台

5.2 数据采集卡测试

5.3 端到端数据传输速率测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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