一种高速数据采集及存储系统的研究

摘要

现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测量等一些高速、高精度的测量中，需要进行高速数据采集。高速数据采集对信号完整性信号干扰、高速PCB布线及数据处理和高速实时存储要求极高，而其应用环境又往往非常复杂，所以在目前的实际应用中，很难找到一种既能进行高速数据采集、又能大容量存储的数据采集系统，以保证能够进行长时间的高速数据采集。 在此背景下，本文提出了一种高速数据采集及存储的解决方案，将嵌入式微处理器及大容量ATA硬盘直接嵌入具有PCI总线及USB总线的采集卡上，实现既可联机运行也可脱机运行的高速数据采集及存储系统。 本文先介绍了高速数据采集的国内外发展现状和体系结构，对照传统数据采集系统，探讨了体系结构中几个关键技术。其中，海量高速存储技术是本方案的关键，通过分析高速．AD转换技术、大容量缓存、海量存储技术、数据传输和控制等关键技术，提出一套更加具有通用性，能适应各种环境，满足长时间连续高速采集存储的要求的解决方案。 其次，叙述了基于USB总线硬件系统的体系结构及设计原理；详细介绍了如．何实现AD转换电路抗干扰以及如何采用嵌入式处理器LPC2214、高速缓存IDT72V3690电路、FPGA芯片EPlC2214等电路设计实现简易RAID0存储阵列；重点叙述了FPGA．设计ATA控制器和RAID0逻辑的过程，介绍了FPGA内部逻辑是如何工作，将数据有序高效地并行存储到磁盘中去的。 接着，介绍了如何采用软件分层的思想对LPC2214嵌入式软件进行了总体设计、LPC2214软件各模块的配置和初始化过程、顺序记录式文件系统的原理和组成结构及并行ATA接口编程以及USB主机接口的实现过程。 最后，对课题设计过程进行总结，总结了当前研究工作的完成情况，并指出了当前研究工作中不足之处和需要进一步完善的地方。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题来源与意义

1.2课题研究内容

1.3作者所做工作

1.4论文结构

第二章总体系统方案设计

2.1总体系统方案硬件设计

2.2.1高速ADC设计

2.2.2大容量高速缓存的实现

2.2.3海量存储技术

2.2.4数据传输与控制

2.2系统软件组成

2.3小结

第三章系统硬件详细设计

3.1系统总体结构分析

3.2高速AD采集电路设计

3.2.1高速AD转换芯片AD9224简介

3.2.2 AD9224前端调理电路的设计

3.2.3高速模拟及数字信号对电路的影响

3.3高速同步FIFO IDT72V3690

3.3.1高速大容量同步FIFO芯片IDT72V3690简介

3.3.2 IDT72V3690与AD9224的连接

3.4 FPGA设计的简易硬盘RAID0系统

3.4.1 ATA硬盘接口及RAID简介

3.4.2 FPGA内部逻辑描述

3.4.3 ATA控制器的设计

3.5 ARM微处理器LPC2214

3.5.1 LPC2214简介

3.5.2 LPC2214的外围电路设计

3.5.3 LPC2214与系统的接口

3.5.4人机交互和主机接口设计

3.6小结

第四章系统软件详细设计

4.1嵌入式软件层次结构与控制流程

4.1.1分层的编程思想的提出

4.1.2系统软件工作流程

4.2 LPC2214各模块的配置和初始化

4.2.1管脚连接模块

4.2.2串口的初始化

4.2.3外部存储器模块的配置

4.3 ATA接口编程

4.3.1 ATA接口端口描述

4.3.2硬盘IO层接口

4.4顺序记录式文件系统的设计

4.4.1顺序记录式文件系统的结构

4.4.2文件块索引表

4.4.3文件抽象层的实现

4.5 USB主机接口编程简介

4.6 小结

第五章总结与展望

参考文献

发表学术论文

致谢

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