下载文档原格式
基于FPGA的并行FLASH高速\大容量数据采集系统作者：吴瑞斌唐维庄来源：《科技资讯》2011年第25期摘要:本文介绍了一个以FPGA为主控制器的多存储芯片数据采集板卡的设计。
该卡通过一个符合ATA-6规范的IDE接口,使用PIO模式将数据采集板卡与上位机互联。
通过FPGA控制一片高速AD进行数据采集,采集的数据通过4片电子盘并行存储,实现高速大容量数据采集。
文章侧重于介绍用FPGA控制电子盘并行读写的方法。
关键词:FPGA 电子盘并行存储数据采集中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0010-01数据采集系统的发展对于数据存取速度和存储容量提出了越来越高的要求。
现有的单片数据采集系统的最高采样率,受限于存储器写入速度的限制;同时,单片存储芯片对于长时间的试验不能满足数据存储需求。
基于以上两点考虑,我们开发了本文要介绍的以FPGA为主控制器的多存储芯片数据采集板卡。
1 系统概述采集系统由AD变换模块、电子盘存储阵列、FPGA主控制器、DSP数据通信与接口单元及数据通信总线组成。
该系统工作原理是:对板卡的操作命令通过IDE总线由上位计算机发送给DSP,经过DSP的解码,与FPGA主控制器建立通信,完成各种控制指令。
本文重点放在FPGA 并行读写多片存储器上面。
1.1 AD和数据通信与接口模块本设计中高速AD采用单通道信号采集,目前的存储器阵列内设计了4片存储介质,按照每个介质2MB的写入速度,能支持前级8MB/s的数据,按照16bit采样字长,总采样率可达4MHz。
本设计中使用一块TMS320F2812的DSP数字信号处理芯片实现采集板卡与监控计算机接口和内部工作状态控制、工作参数向采集单元的转发。
本设计中使用标准IDE接口通过ATA 总线协议与监控计算机通信。
IDE接口的数据传输采用PIO模式传输数据,数据的传输以数据块为单位,每传输完一个数据块后,硬盘都会产生一个中断请求,并向主机报告命令执行结果。
数据采集系统设计方案数据采集系统是指通过一定的手段和工具，从各种数据源中采集和提取数据，并将其存储、分析和应用的一套系统。
以下是一个数据采集系统的设计方案：1. 系统目标和需求分析：明确系统的目标和需求，包括需要采集的数据类型、频率、来源等，以及对数据的存储、处理和分析的要求。
2. 数据源选择和接口设计：根据系统需求，选择适合的数据源，例如数据库、日志文件、API接口等。
设计和开发相应的接口，实现与数据源之间的数据交互。
3. 数据采集和提取：通过编写脚本或使用专业的数据采集工具，从数据源中获取数据，并对数据进行提取、清洗和转换。
4. 数据存储和管理：设计合适的数据存储结构，选择合适的数据库或其他存储方案，将采集到的数据进行存储和管理。
需要考虑数据安全性、可扩展性和性能等方面的要求。
5. 数据处理和分析：根据系统需求，对采集到的数据进行处理和分析。
可以使用数据挖掘、机器学习等技术对数据进行分析和建模，以提供有价值的信息和洞察。
6. 数据应用和展示：根据用户需求，将处理和分析后的数据应用到相应的业务场景中。
设计和开发相应的应用程序或接口，将数据以可视化的形式展示给用户，并提供相应的操作和交互功能。
7. 系统监控和优化：监控系统的运行状态和性能指标，及时发现和解决问题。
对系统进行优化，提高系统的稳定性、可用性和性能。
8. 安全和隐私保护：对系统中的数据进行安全保护，包括数据加密、访问控制等措施，确保数据的机密性和完整性。
同时，遵守相关法律法规，保护用户隐私。
以上是一个数据采集系统的基本设计方案。
根据具体的需求和情况，可能还需要做一些调整和扩展。
设计和开发过程中，需要充分考虑系统的稳定性、可扩展性、性能和安全性等方面的要求，以满足用户的实际需求。
多路数据采集系统毕业设计第一章绪论1.1课题研究背景和意义数据采集是指将位移、流量、温度、压力等模拟量采集、转换成数字量后,再由计算机进行存储、处理、显示或打印。
数据采集技术是信息科学的一个重要组成部分,信号处理技术、计算机技术,传感器技术是现代检测技术的基础。
数据采集技术则正是这些技术的先导,也是信息进行可靠传输,正确处理的基础。
在工业生产中,对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录,这样能提高产品的质量、降低成本。
在科学实验中,对应用数据进行实时采集,这样获得大量的动态信息,是研究物理过程动态变化的有效手段,也是获取科学奥秘的重要手段之一。
设计数据采集系统目的,就是把传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号,并把数字信号送入计算机,计算机将计算得到的数据加以利用观察,这样就实现对某些物理量的监视,数据采集系统性能的好坏,取决于它的精度和速度,在精度保证的条件下提高采样速度,满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。
数据采集常用的方式有在PC机,也可以在工控机内安装数据采集卡,如RS-422卡、RS-485卡及A/D卡;或专门的采集设备,包括PCI、PXI、PCMCIA、USB,无线以及火线FireWire接口等,可用于台式PC机、便携式电脑以及联网的应用系统中[2]。
数据采集系统起始于20世纪50年代,1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非成熟人员进行操作,并且测试任务是测试设备高速自动完成的。
近年来,数据采集及应用受到了人们越来越广泛的关注,数据采集系统也有了迅速的发展,数据采集系统也朝着微型化、小型化、便携式,低电压、低功耗发展。
当前市场出售的小型数据采集器相当于一个功能齐全计算机。
这些数据采集器功能强大,能够实现实时数据采集、处理的自动化设备。
具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能[;不仅能保证现场数据的实时性、真实性、有效性、可用性,而且能很方便输入计算机,应用在各个领域。
第37卷第6期2020年12月华东交通大学学报Journal of East China Jiaotong UniversityVol.37No.6Dec.,2020文章编号：1005-0523(2020)06-0117-07基于ZYNQ的高速数据采集系统设计张雪皎，陈剑云(华东交通大学电气与自动化工程学院，江西南昌330013)摘要：针对电能质量检测领域对数据采集系统的高精度与实时性要求，在ZYNQ SoC上，设计一种基于ZYNQ-7000和AD7606的高速多通道数据采集系统。
PQ ZYNQ的FPGA部分实现系统84集控制，ARM部分完成数据传输、存储和结果显示，4用AXI4高速通信，DMA-SG高速数据传输模式，DDR3高速存储实现对电压、电流信号的高速4集。
实验结果表明，该系统的4集误差可n达到0.02%。
关键词：高速数据4集；高精度；ZYNQ-7000；AD7606中图分类号:TP274文献标志码：A本文引用格式：张雪皎，陈剑云.基于ZYNQ的高速数据4集系统设计[J].华东交通大学学报,2020,37(6):117-123.Citation format:ZHANG X J,CHEN J Y.Design of high-speed data acquisition system based on ZYNQ[J].Journal of East China Jiaotong University,2020,37(6) :117-123.随着电网中非线性负荷用户的不断增加，电能质量问％数系统能够为电能质量分析提供准确的数据支持，是解决电能质量问题的关键依据％通系统的设计方案，控电ARM控AD、ARM+DSP及FPGA+DSP AD的方式冋。
ARM着的决控性，在工业控用，但其数据处理，能足系统的实时性。
由于DSP的性，复杂数处理能在低速系统中％FPGA的程数处理性使其在数字信号处理，但是系统的决策能力较弱[6-10]。
基于FPGA的高速大容量数据采集系统设计
潘建国;阙沛文;雷华明
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2008(31)9
【摘要】在利用超声波进行长距离输油管道无损检测过程中,检测系统需要对采集到的多通道高速、大容量数据进行实时存储。
本文介绍了一种基于FPGA控制的超声信号实时采集系统设计,该系统能在脱离PC机CPU及总线方式下由FPGA直接控制IDE硬盘,实现对高速、大容量数据的实时存储,并在检测完成后可以通过上位机接口对硬盘进行离线访问分析。
目前,在工程实践应用中,硬盘记录的平均速度可达到5 MB/s以上。
【总页数】4页(P166-169)
【关键词】高速采集;大容量存储;直写IDE;DMA传输;FIFO
【作者】潘建国;阙沛文;雷华明
【作者单位】上海交通大学仪器科学与工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
【相关文献】
1.高速大容量数据采集存储系统设计 [J], 侯孝民;张卫杰;龙腾
2.基于FPGA的并行FLASH高速、大容量数据采集系统 [J], 吴瑞斌;唐维庄
3.XCZU9的高速大容量数据采集存储系统设计 [J], 杨海学; 吴凡; 李林; 何斌
4.基于FPGA高速大容量数据存储系统设计 [J], 卢其龙; 蒋敏; 贾志飞
5.高速大容量数据采集系统设计与实现 [J], 张卫杰;侯孝民
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于SATA-IDE接口的高速数据采集系统设计作者：袁建国来源：《电脑知识与技术》2010年第16期摘要:高速和海量是数据采集系统的发展方向,制约系统性能的瓶颈是存储。
针对SATA硬盘成为市场主流的现状,提出了一种基于FPGA和ARC-772协议转换芯片的高速数据采集系统,并对IDE协议的实现进行了详细研究。
实验证明系统达到了技术需求。
关键词:数据采集;SATA;UDMA;ARC-772中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)16-4354-02Design of High-speed Data Acquisition System Based on SATA-IDE InterfaceYUAN Jian-guo(Troops 61938, Beijing 100089, China)Abstract: High-speed and massive data is the direction of the data acquisition system development. Storage is the bottleneck of system performance. Due to SATA hard drives becoming the mainstream, a design based on FPGA and ARC-772 is proposed. ARC-772 is a single chip for SATA 3G-to-IDE Bridge. By using it, system performance is greatly improved. The IDE protocol implement is designed in detail.Key words: data acquisition; SATA; UDMA; ARC-772高速和海量是目前数据采集系统的发展方向。
基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现高速数据采集卡是一种用于实时采集高速数据的硬件设备，它可以将模拟信号转换为数字信号，并通过接口传输到计算机或其他设备进行处理。
在许多领域中，如仪器仪表、医学影像、通信等，高速数据采集卡被广泛应用。
在设计高速数据采集卡时，我们首先需要选择适合的处理器。
ARM处理器因其低功耗和高性能而成为了许多嵌入式系统的首选。
其架构简单、易于开发和应用，因此非常适合用于高速数据采集卡的设计。
同时，ARM处理器也提供了丰富的外设接口，可以方便地与其他模块进行通信和数据传输。
在数据采集过程中，我们需要将模拟信号转换为数字信号。
为此，我们可以使用FPGA芯片来实现高速的模数转换功能。
FPGA芯片具有高度可编程性和并行计算能力，可以根据需要进行灵活的配置和优化。
通过将FPGA芯片与ARM处理器进行连接，我们可以实现高速数据采集和实时处理的功能。
在实际设计中，我们可以使用一块FPGA开发板作为硬件平台。
这种开发板通常具有丰富的外设接口，并且可以方便地进行扩展和调试。
我们可以在开发板上搭建一个数据采集系统，包括模拟输入接口、ADC模块、FPGA芯片和ARM处理器。
通过适当的接口设计和数据传输协议，我们可以实现高速数据的采集和传输。
在软件开发方面，我们可以使用嵌入式操作系统来管理和控制系统。
由于ARM处理器具有丰富的外设接口和强大的计算能力，我们可以在嵌入式操作系统上开发相应的驱动程序和应用程序。
通过这些软件的配合，我们可以实现数据的采集、处理和存储等功能。
综上所述，基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现是一个复杂而有挑战性的任务。
通过合理的硬件设计和软件开发，我们可以实现高速数据的采集和实时处理，并且可以广泛应用于许多领域中。
随着科技的不断进步，高速数据采集卡将会发挥越来越重要的作用。
本科毕业设计说明书基于FPGA的高速数据采集卡的设计DESIGN OF HIGH-SPEED DATA ACQUISITION CARDBASED ON FPGA学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：年月日基于FPGA的高速数据采集卡的设计摘要论文还从宏观和微观两个方面来分析数据采集卡的各个组成部分。
从宏观上分析了采集系统中各个芯片间的数据流向、速度匹配和具体通信方式的选择等问题。
使用乒乓机制降低了数据处理的速度，来降低FPGA中的预处理难度，使FPGA处理时序余量更加充裕。
在ARM与FPGA通信方式上使用DMA传输，大大提高了数据传输的速率，并解放了后端的ARM处理器。
设计从宏观上优化数据传输的效率，充分发挥器件的性能，并提出了一些改进系统性能的方案。
从微观实现上，数据是从前端数据调理电路进入AD转换器，再由FPGA采集AD转换器输出的数据，后经过数据的触发、成帧等预处理，预处理后的数据再传输给后端的ARM处理器，最后由ARM处理器送给LCD显示。
微观实现的过程中遇到了很多问题，主要是在AD数据的采集和采集数据的传输上。
在后期的系统调试中遇到了采集数据错位、ARM与FPGA通信效率低下，还有FPGA 中预处理时序紧张等问题，通过硬件软件部分的修改，问题都得到一定程度的解决。
在整个数据采集卡的设计过程中还遇到高速PCB设计、硬件设计可靠性、设计冗余性和可扩展性等问题，这些都是硬件设计中的需要考虑和重视的问题，在论文的最后一章有详细论述。
关键词：高速数据采集,触发,高速PCB设计,高速ADC１DESIGN OF HIGH-SPEED DATA ACQUISITION CARDBASED ON FPGAABSTRACTDate acquisition is the premise of measure, the foundation of analysis and the beginning of cognition. Most precise device is based on the date acquisition. With the development of the electronic and digital technology, the speed of date transmission and the calculation of CPU are faster and faster; therefore the requirements of data acquisition and processing are more severe than before.This paper analyzes the system from Macro-and micro respect. From the macro point of view it analyzes data flowing, speed matching and the selection of specific means of communication of acquisition system and so on. We adapt ping-pong mechanism to reduce the speed of analyzing data and pre-difficult of FPGA which lead to the ease of processing Timing Margin of FPGA. DMA transfer is used as communication between ARM and FPGA which improve data transmission rates, and liberate the back-end ARM processor. From the micro point of view, data enter into the A/D converter from the front-end conditioning circuitry, FPGA collecting data on the output of A/D converter and go through the pre-operation of triggering and framing of data. After these operations, data are transmitted to the back-end of the ARM processor and then display on the LCD. A lot of difficult exited in the successful operation in the micro respect which is mainly about A/D data collection and the of transmission data. All of these issues have been settled by the revising of hardware and software.KEYWORDS：High-speed Data Acquisition, Triggering, High-speed PCB High-speed, A/D converter２1绪论1.1 引言数计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信、自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。
高速数据采集存储板卡设计刘加奎;王虹现;邢孟道【摘要】介绍所设计的高速数据采集高速,大容量存储卡和系统实现方案.A/D采集采用8位的1GHz A/D转换芯片,高速大容量存储采用固态存储芯片FLASH(闪存)为存储介质,FPGA(现场可编程门阵列)为存储阵列的控制核心,针对来自A/D的高速数据,引入多级流水和冗余校验技术,能够屏蔽FLASH的坏块.实现了用高密度、相对低速的FLASH存储器对高速实时数据的可靠存储.另外,通过桥接芯片PCI9656,可以很方便地实现同主机的高速的数据通信.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2008(031)010【总页数】4页(P3-6)【关键词】FPGA;A/D;FLASH;PCI;高速【作者】刘加奎;王虹现;邢孟道【作者单位】西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071;西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西,西安,710071【正文语种】中文【中图分类】TP368.1高速采集存储系统目前在雷达、图像处理、语音识别、声纳、通信等领域有着广泛地应用。
为了满足雷达高速数据采集的需要，要求设计高速大容量的数据存储器，可以在现场采集数据、保存后进行回放和后期处理。
特别是随着雷达成像技术逐渐成熟，分辨率和采样率都大幅提升，需要实时保存海量数据。
Atmel公司的1GS/s速率的A/D变换器件，可以工作1 GHz上进行采样。
NAND型FLASH芯片，以半导体作为记忆载体，比传统的存储设备可靠性更高，体积及重量更小，日趋成为存储器的主流。
在某机载合成孔径雷达的试验中，雷达以正侧视条带式工作在X波段，空间分辨率达到0.5 m×0.5 m(0.3 m×0.3 m)的高分辨率，I,Q双通道采样，采样频率640 MHz，采样位宽为8 b，场景距离向45 120 (22 560)点，方位向重复频率为2k/s，要求最小存储速度2×8 b×45 120×2 k/s=180.480 Mb/s。
图1 8B/10B编码示意图图2 系统总体方案图图3 通信链路初始化过程图去，并且接收来自于下一层的原语，将其转换成命令发送给上两层；物理层主要实现与对方物理层建立通信连接，负责差分待状态；3.2 数据传输过程数据在SATA协议中传输是以帧(Frame)形式传递[3]。
帧由一组Dwords构成，以SOF原语开始，内部含有多个数据，最后一位是CRC校验值，并以EOF原语结束。
有时为调节速率，帧中间也会插入一些原语（CONT、HOLD、HOLDA）用来控制流量。
帧的典型内部结构图如图4所示。
原语是由双字组成的最简单信息单元，主要用于建立通信(2)现以一个数据帧的传输过程为例来说明原语在传输过程中图4 帧的内部结构图5 帧的传输过程图6 Chipscope采样图图7 局部数据放大图从图7可看出数据呈现非常规律的分布，从数据放大后的图[1]Serial ATA International Organization.Serial ATA Revision2.0[S].USA,2005.08.[1]Poropudas J, Virtanen K. Game-theoretic validation and analysis of air combat simulationmodels[J]. Systems, Man and Cybernetics, Part A: Systems and Humans, IEEE Transactions on,strategy using approximate dynamicprogramming[J]. Journal of guidance, control, and dynamics, 2010, 33(5): 1641-1654.[3]陈侠, 唐婷. 不确定环境下多无人机动态任务分配方法[J]. 火力与指挥控制, 2013, 38(1): 45-49.[4]崔亚妮, 任佳, 杜文才. 多目标跟踪下的无人机分布式通信决策模型[J]. 计算机仿真, 2014, 31(7): 68-72.[5]周小程, 严建钢, 谢宇鹏, 等. 多无人机对地攻击任务分配算法[J]. 海军航空工程学院学报, 2012, 27(3):[6]马飞，曹泽阳，刘晖．基于纳什均衡的动态目标分配策略研究[J].现代防御技术，2010，38(6)：81-84.兵工自动化, 2009, 28(1):[8]罗贺, 王国强, 胡笑旋, 等. 基于 Agent 的多无人机任务分配模型[J]. 火力与指挥控制, 2014, 39(7): 22-范围内时。
