一种基于SOC和FPGA的数据传输平台及传输方法

摘要

本发明涉及一种基于SOC和FPGA的数据传输平台及传输方法，平台由一块主控板、一块信号采集板、一块信号处理板，通过背板总线互连组成，主控板上数据传输平台的关键部件的实现为：Zynq‑7000 SOC与FPGA xcvu095通过AXI总线进行数据交换，FPGA xcvu095外挂5GB的DDR4芯片，用于数据临时缓存或存储。Zynq‑7000 SOC与设备外端的PC机通过千兆以太网互连，以实现PC机端的数据采集和数据上传，信号采集板像主控板提供原始数据，信号采集板与主控板通过背板总线互连，协议接口为Serdes。信号处理板接收主控板下发的数据，信号处理板与主控板通过背板总线互连，协议接口为Serdes。效果是实现了一种高效的数据传输平台，降低了产品设计难度，减少了硬件选型成本，充分利用芯片资源，巧妙实现双向数据的传输。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据传输平台，特别涉及一种基于SOC和FPGA的数据传输平台及传输方法。

背景技术

随着通信技术和信息产业的迅速发展，多种场景下都会产生数据交互需求。在基于ATCA、CPCI、VPX等标准架构的设备中，可能会产生轻量级和中等量级的数据传输需求。为了支持业务应用，设计者往往要花费很大精力来设计实现方案，比如选择刀片板卡、小型硬盘、高速接口等，既增加了设计工作量，又提高了研发成本。特别一种结合了可编程处理器Processing System和可编程逻辑架构Programmable Logic的片上系统SOC的出现，为提供一种满足设备中数据上下行传输需求的高效数据传输平台提供了可能。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于SOC和FPGA的数据传输平台，以降低设计难度，减少硬件成本，满足设备中数据上下行传输需求。具体技术方案是，一种基于SOC和FPGA的数据传输平台，由一块主控板、一块信号采集板、一块信号处理板，通过背板总线互连组成，其特征在于：所述的主控板上包括型号Zynq-7000的SOC芯片、Xilinx协议接口为Serdes的FPGA芯片、容量5GB的DDR4芯片，SOC和FPGA通过AXI高速总线进行数据传输，FPGA芯片外挂DDR4芯片，用于数据临时缓存或存储，SOC与设备外部的PC机通过千兆以太网进行数据交互，所述的信号采集板上包括Xilinx的FPGA，信号采集板像主控板提供原始数据，信号采集板与主控板通过背板总线互连，协议接口为Serdes，所述的信号处理板包括Xilinx的FPGA，接收主控板下发的数据，信号处理板与主控板通过背板总线互连，协议接口为Serdes。

传输方法包括数据采集步骤和数据上传步骤，一、数据采集步骤1、设备外部的PC机端通过千兆以太网发起数据采集请求，2、如果是采集最新数据，①、主控板内SOC与FPGA进行交互，告知采集最新数据，②、主控板FPGA通过背板总线与信号采集板的FPGA进行交互，告知采集最新数据，③信号采集板的FPGA采集最新数据，通过背板总线将最新数据发给主控板FPGA，④、主控板FPGA将最新数据存入外挂DDR4， ⑤、主控板SOC与本板FPGA进行AXI数据交互，

⑥、主控板FPGA从外挂DDR4中取数据，发送给本板SOC，⑦、主控板SOC通过千兆以太网将数据发送给设备外部的PC机端，完成数据采集，如果不是采集最新数据，则按步骤⑤、⑥、⑦完成数据采集；

二、数据上传步骤，1、设备外部的PC机端通过千兆以太网发起数据上传请求并向主控板SOC发送数据，2、主控板SOC通过AXI将数据发送给本板FPGA，3、主控板FPGA接收数据并存入外挂DDR4，直到所有待上传数据都存入DDR4，4、主控板FPGA通过背板总线将数据发给信号处理板FPGA，5、信号处理板FPGA进行相关的数据处理，完成数据上传。

本发明所产生的有益效果是：实现了一种高效的数据传输平台，降低了产品设计难度，减少了硬件选型成本，充分利用芯片资源，巧妙实现双向数据的传输。

附图说明

图1是本发明的硬件构成图；

图2是本发明的数据采集流程图；

图3是本发明的数据上传流程图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种基于SOC和FPGA的数据传输平台，由一块主控板、一块信号采集板、一块信号处理板通过背板总线互连组成。其中主控板上配有数据传输平台的关键部件，包括Zynq-7000 SOC、Xilinx FPGA xcvu095、DDR4芯片（容量5GB）。信号采集板和信号处理板上都配有FPGA 芯片，FPGA具备高速率的Serdes。信号采集板像主控板提供原始数据，信号采集板与主控板通过背板总线互连，协议接口为Serdes。信号处理板接收主控板下发的数据，信号处理板与主控板通过背板总线互连，协议接口为Serdes。

主控板上数据传输平台的关键部件的实现为：Zynq-7000 SOC与FPGA xcvu095通过AXI总线进行数据交换，FPGA xcvu095外挂5GB的DDR4芯片，用于数据数据临时缓存或存储。Zynq-7000 SOC与设备外端的PC机通过千兆以太网互连，以实现PC机端的数据采集和数据上传。

该数据传输平台的数据采集和数据上传功能的具体实现，数据采集是指PC机端从设备端采集数据，数据上传是指PC机端向设备端发送数据。

如图2所示，数据采集的实现，信号采集板核心功能为原始数据采集，采集到数据后，本板FPGA通过背板总线与主控板FPGA进行Serdes接口数据传输，将采集到的原始数据发送至主控板FPGA。主控板FPGA接收到数据后，存入外挂的DDR4中。当PC机端有数据采集需求时，将通过与主控板连接的千兆以太网向主控板上Zynq-7000 SOC发出数据采集请求。Zynq-7000 SOC接收到请求后，与本板的FPGA通过AXI总线进行数据交互，本板的FPGA从外挂DDR4中取出数据，然后发送给Zynq-7000 SOC。接下来Zynq-7000 SOC通过千兆以太网将数据发送给PC机，完成对PC机数据采集请求的响应。如果PC机端对采集数据的时机有具体要求，比如需要在发出请求后采集最新的数据，则只需要Zynq-7000 SOC与本板FPGA交互时，告知采集最新数据信息。本板FPGA会通过背板总线与信号采集板FPGA进行交互，告知采集最新数据，然后信号采集板采集最新数据后通过背板总线与主控板FPGA进行Serdes接口数据传输即可，后续数据存入DDR4、取出数据、上传PC等与常规流程相同。

如图3所示，数据上传的实现，当PC机端有数据上传需求时，通过千兆以太网与主控板Zynq-7000 SOC进行数据交互，将数据发送给主控板Zynq-7000 SOC。Zynq-7000 SOC收到数据后与本板FPGA进行AXI数据交互，将数据发送给本板FPGA，本板FPGA收到数据后将数据暂存在外挂DDR4中。当所有上传数据都已存在DDR4后，主控板FPGA通过背板总线与信号处理板FPGA进行Serdes接口数据传输，将要上传的数据发送至信号处理板FPGA。信号处理板FPGA收到数据后，进行相应的数据处理工作。

特点

该平台充分利用芯片现有资源，采用AXI高速总线和通用千兆以太网接口实现数据的双向传输。并且对于数据采集中数据来源和数据上传中数据去处的具体实现，能支持更灵活的方式，而不局限于本实施例中的信号采集板和信号处理板形式。只要传输平台中的主控板FPGA与数据来源和数据去处能建立起数据通道即可，比如采用PCIe、10GE等。本传输平台中选用的器件，价格适中，易采购，易设计。避开了刀片卡设计、硬盘选型等耗时耗力的工作。采用该发明中的数据传输平台方案，不仅降低了硬件方案设计难度，也降低了硬件选型成本，对于轻量级和中等量级的数据传输需求是非常适用的。