集成FLASH容错算法的高速数据采集回放系统设计

摘要

高速数据采集和回放系统在很多领域都有着广泛的应用，如雷达系统、地震勘测、无损检测、航空遥测等。随着信息科学的飞速发展，高速数据采集和回放系统的数据处理任务变得越来越繁重，其对于数据存储的要求也越来越苛刻，需要既能支持数据的高速传输和非易失性存储，又拥有海量数据存储容量。现有系统大多只具有单一的高速数据传输或非易失性海量数据存储功能，无法同时满足这些需求。
　　为了克服现有系统的不足，本文采用非易失性存储器FLASH组成的阵列作为数据存储器，设计了一个集成FLASH容错算法的高速数据采集回放系统。通过对各个电路模块的有效控制，实现了高速数据采集和回放功能，同时可存储海量数据。另外，针对FLASH在数据存储过程中因坏块而引起的数据丢失问题，本文在实现系统功能的过程中提出一种FLASH容错算法，实现了对FLASH坏块的动态检测和管理，保证了数据存储的准确性与安全性。
　　本文主要工作如下:
　　1.介绍了系统硬件方案，设计了系统FPGA固件逻辑架构，分析了系统设计的三大技术难点，包括FLASH阵列模块与外围模块的交互设计、FLASH通用控制接口设计以及FLASH容错算法的设计及实现。
　　2.设计并实现了高速数据采集功能，包括高速ADC模块、FLASH阵列模块、USB3.0上传模块和采集模式下FLASH阵列模块与外围模块的交互。
　　3.设计并实现了高速数据回放功能，包括USB3.0下载模块、高速DAC模块和回放模式下FLASH阵列模块与外围模块的交互。
　　4.设计并实现了FLASH容错算法，包括FLASH坏块检测、逻辑-物理地址映射表的建立、动态更新和动态查询等功能。
　　5.搭建了系统的软硬件测试平台，并进行了大量测试实验，测试结果表明，系统实现了数据的高速采集、回放和非易失性海量存储等功能，FLASH容错算法有效解决了坏块管理问题。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

2 系统整体架构

2．1 引言

2．2 系统功能及指标

2．2．1 系统功能

2．2．2 系统指标

2．3 系统硬件方案

2．4 系统FPGA固件逻辑架构设计

2．5 系统设计难点

2．5．1 FLASH阵列模块与外围模块的交互设计

2．5．2 FLASH通用控制接口设计

2．5．3 FLASH容错算法的设计及实现

2．6 本章小结

3 高速数据采集功能的设计及实现

3．1 引言

3．2 高速ADC模块设计

3．2．2 ADC芯片控制固件逻辑设计

3．3 FLASH阵列模块设计

3．3．1 FLASH芯片介绍

3．3．2 FLASH编程固件逻辑设计

3．3．3 FLASH通用控制接口设计

3．4 USB3.0上传模块设计

3．4．2 USB3.0固件程序及上传固件逻辑设计

3．5 采集模式FLASH阵列模块与外围模块的交互设计

3．5．1 FLASH阵列模块与高速ADC模块的交互设计

3．5．2 FLASH阵列模块与USB3.0上传模块的交互设计

3．6 本章小结

4 高速数据回放功能的设计及实现

4．1 引言

4．2 USB3.0下载模块设计

4．3 高速DAC模块设计

4．3．2 DAC芯片控制固件逻辑设计

4．3．3 DAC时钟管理设计

4．4 回放模式FLASH阵列模块与外围模块的交互设计

4．4．2 FLASH阵列模块与高速DAC模块的交互设计

4．5 本章小结

5 FLASH容错算法的设计及实现

5．1 引言

5．3．1 坏块检测设计

5．3．2 建立逻辑-物理地址映射表设计

5．3．3 动态更新设计

5．3．4 动态读取设计

5．4 FLASH容错算法的实现

5．4．1 坏块检测的实现

5．4．2 建立逻辑-物理地址映射表的实现

5．4．3 动态更新的实现

5．4．4 动态读取的实现

5．5 本章小结

6 系统测试

6．1 引言

6．2 系统测试方案

6．2．3 FLASH容错算法有效性测试方案

6．3 系统测试平台搭建

6．3．1 系统软件测试平台

6．3．2 系统软硬件测试平台整合

6．4 高速数据采集功能测试

6．4．1 高速ADC模块测试

6．4．2 采集模式FLASH阵列模块测试

6．4．3 USB3.0上传模块测试

6．5 高速数据回放功能测试

6．5．1 USB3.0下载模块测试

6．5．2 回放模式FLASH阵列模块测试

6．5．3 高速DAC模块测试

6．6 FLASH容错算法有效性测试

6．6．1 FLASH容错算法的实现过程测试

6．6．2 采集模式FLASH容错算法效果验证

6．6．3 回放模式FLASH容错算法效果验证

6．7 本章小结

7 总结和展望

7．1 本文小结

7．2 未来工作展望

参考文献

作者简历