超高速数据采集存储系统的设计与实现
! 它拥有两条独立的带有双向 FIF0 的可编程 DMA 通道，使它不占用系统的 DMA 通道，避免了系统资源的 竞争；
第8期
周 骞等：超高速数据采集存储系统的设计与实现
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另外引入双端口 SRAM 也是系统高速设计的需要。所谓 双端口就是该芯片分别有两套地址和数据线，可将一组
地址数据线连接数据源，而另一组输出数据到 PCI 总线。 如果采用单端口 RAM 设计，则势必在写入和读出数据 时做频繁的数据和地址切换，同时引入的延时等待将影
响到存取速度。双端口 SRAM 很好地解决了此问题，同 时设计相对简单，但缺点是价格比较昂贵。
设备。在 33Mhz 总线时钟下，32 位 PCI 总线峰值传输速 度为 l32Mbps；在 66Mhz 总线时钟下，64 位 PCI 总线峰值 传输速度可达到 528Mbps。使 PCI 总线可以达到如此高 的传输速度主要因素有：!PCI 总线规范默认每一次数 据传输都 是突发 传输，即一 个总 线 地 址 传 输 若 干 个 数
PCI 总线高性能的同时也带来了设计上的复杂性。 设计中采用了使用 PCI 桥芯片的方法设计 PCI 接口，其 优点是性能可靠，缩短了研发周期。实际选用的 PCI 接 口芯片是 PLX 公司的 PLX9080，它的功能非常强大。针 对高速数 据传输 的设 计要求，相 对 于 其 它 公 司 接 口 芯
第8期
周 骞等：超高速数据采集存储系统的设计与实现
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超高速数据采集存储系统的设计与实现
周 骞，陈金树
（清华大学 电子工程系 遥感实验室，北京 100084）
摘 要：现代工业测控领域很多应用中需要将高速的数据信号实时地接收进计算机进行处理并存储。
设计实现了一种超高速的实时数据采集存储系统，该系统数据传输总速率可高达 400mbps，存储容量可以
2003 年
服务器结构，这是一个系统集成问题。
2 .1 PCI 数据采集卡的设计 PCI 数据采集卡的原理框图如图 2 所示，电路主要
由电平转换模块、中央控制处理单元、数据缓冲模块，以 及接口电路所组成。输入数据信号可为 ECL，TTL，LVDS 电 平 信 号，经 过 卡 上 高 速 电 平 转 换 芯 片，数 据 信 号 统 一 转换为 TTL 电平进入下一级逻辑电路。
性和完整性。 工 作 的 时 候，当 填 满 一 个 缓 冲 区 时，数 据
开始填充另一个缓冲区，同时发动 DMA 传输将填满数 据的缓冲区中的数据送入主机内存。因为 DMA 传输速 度非常快，经过实验证实，在持续传输时，PCI 总线上数 据传输速度可达到 96Mbps，在突发情况下可以达到峰值 速度 l32Mbps，远远大于应用中的数据速率。所以当数 据在填充另一个缓冲区初 始 状 态 等 待 下 一 次 传 输，
通过对可编程逻辑芯片编程，实现了 PCI 数据采集卡 上的数据控制与处理单元电路。它主要完成数据流的串、 并转换和双缓冲区的数据 / 地址管理，由于数据输入的控制 逻辑对具体数据格式、内容并不敏感，是以整体摄入数据信 号为目的，因此适用于各种采样信息源的数据的原始存储。 当需要针对某种具体应用场合的数据进行简单处理时，可 通过对可编程逻辑芯片重新编程并加载，在芯片资源足够 的前提下实现对卫星数据的简单处理与运算。
如此循环下去。
IDT 高速的双端口 SRAM，它的速度达到 l5 纳秒，能 够完成高速的数据传输。另外，它的容量是 64 X l6bit， 即 l28KB，一组缓冲区的大小为 256KB，大容量缓冲区对 提高总线传输速度十分有利。因为总线上采用 DMA 技 术，而 DMA 每次传输块的大小将影响整个数据持续传 输的速度，因为每次系统准备 DMA 传输时都要引入额 外 的 开 销，次 数 过 于 频 繁 将 影 响 整 体 数 据 的 传 输 速 率。
众所周知，计算机的外设与主机之间存在着数据传 输的瓶颈问题，如果不能将高速的数据实时地接收进入 计算机，那么现代计算机强大的处理运算能力就无法得 到 有 效 的 发 挥；另 外，接 收 进 入 计 算 机 的 数 据 能 否 及 时 地存盘并且能 与 接 收 部 分 同 步 协 调 地 工 作 也 是 设 计 的 一大难题。
图 2 PCI 数据采集卡原理框图 （l）中 央 处 理 控 制 单 元 。 它 由 几 块 LATTICE 公 司 的 CPLD 可 编 程 逻 辑 器 件 ispLSI2l28E 构成。该器件有 6 000 个 PLD 门，最高工作频率为 l80Mhz。
可编程逻辑器件 以“ 与 ”矩 阵 和“ 或 ”矩 阵 的 结 构 为 基础。经典 的 可 编 程 逻 辑 器 件 包 括 可 编 程 逻 辑（ Programmabie Array Logic，PAL）和 通 用 可 编 程 阵 列 逻 辑 （Generic-programmabie Array Logic，GAL）两 大 类。传 统 的 PAL 和 GAL 器件 密 度 比 较 低，一 般 只 能 达 到 几 百 门 水 平，在规模上远不及现场可编程门阵列 FPGA。而 LATTICE 公司的 ispLSI2000E 系列可编程逻辑芯片是一种系 统内可编程（In System Programmabie）的高密度 PLD，它既 保持了 PLD 性能和使用上的优点，又具有 FPGA 那样的 高密度和系统内可编程的特点。与 FPGA 相比，它具有 电气上的不挥发性以及延时固定等优点，更适合应用于 对时序要求非常严格的高速系统设计。
图 1 超高速数据采集存储系统工作原理框图
" 硬件设计
超高速数据采集存储系统硬件由两个部分组成： （1）负责将数据从 PCI 总线读入计算机主存
其功能主 要 由 一 块 硬 件 记 录 卡 完 成 实 现。 这 部 分 工作包括 CPLD 逻辑电路的设计、卡上缓存设计以及 PCI 接口电路的设计与实现，从而完成数据的串、并转换，部 分检测数据的分离与提取，以及 PCI 接口的 DmA 传输等 工作。
ZHOU Oian，CHEN Jin-shu
（ Laboratory of Remote Sensing，Dept . of Electronics Engineering，Tsinghua Uniuersity，Beijing 100084，China）
Abstract：In the modern industriaI measurement and controI，high-speed data need to be transferred to computer for further processing and storage. In this paper，an uItra-high speed data acguisition and storage system is designed and impIemented to handIe data within constrained time. The data transfer rate can reach up to 400mbps and the storage capacity can be extended to over 500GB. Specific technigues used in this system design are detaiIed in this paper. Key words：UItra-high Speed；Data Acguisition；Data Storage；ReaI-time
（2）负责将数据从计算机主存存储至 SCSI 磁盘阵列 它是存储子系统，采用 RAID 技术架构 RAID0 磁盘
阵列，解决 了 磁 盘 读 写 的 高 速 问 题。 同 时，设 计 存 储 子 系统也包括选 择 合 适 的 存 储 总 线 接 口 以 及 应 用 合 理 的
· l40 ·
计算机应用研究
据，提高了数据传输的效率；" PCI 支持多个 总线主 设 备，支 持 直 接 从 设 备 到 设 备 的 传 输；# 中 央 总 线 仲 裁 在 数据传 输 的 同 时 进 行，不 占 用 单 独 的 总 线 周 期；$ 在 CPU 与 PCI 总线之间的桥芯片执行高速缓存功能，提高 了 CPU 的利用率。
本文设计并实现了一种超高速的数据采集存储系 统，它的数据总传输速率超过 400mbps，解决了外设与计 算机主机之间的高速的接口设计问题。同时，由于采用 合理的服务器架构及先进的存储总线设备，使它的存储
收稿日期：2002-09-15
速度可达到 50mbps 以上，存储容 量可扩 展至 500GB 以 上。采用多通道的设计，以及设计了各种电平的输入接 口，本系统（图 1）可应用于多种用途的数据采集。
扩展至 500GB 以上，并详细讨论了该高速设计中采用的关键技术。
关键词：超高速；数据采集；数据存储；实时
中图法分类号：TN919 . 3
文献标识码：A
文章编号：1001-369（5 2003）08-0139-03
Design and ImpIementation of an UItra-high Speed Data Acguisition and Storage System
! 前言
数据采集，顾名思义就是采集来自现实中测量得到 的各种信号，将其转换为适合计算机记录的数据信号并 存储到磁 介 质 中。 随 着 现 代 科 技 的 飞 速 发 展 以 及 计 算 机的普及和广泛应用，各种数据采集系统被广泛地应用 到生产、遥控、监测等各个领域，如工业监控图像数据采 集、雷 达 回 波 信 号 数 据 采 集，以 及 高 码 率 卫 星 数 据 信 号 的采集等。然而随着测量仪器精度以及实际需求指标 的 不 断 提 高，数 据 传 输 的 速 度 越 来 越 高，而 绝 大 多 数 数 据 采 集 需 要 实 时 地 传 输、存 储 数 据 并 处 理，这 对 数 据 采 集及存储系统的设计提出了更高的要求。
基于SOPC的大容量高速数据存储系统设计
２２存储 速度提高 ．
对单 片 Ｆａ 进行 写操 作时 ，编程时 间将 消耗大部分 ｌｓ ｈ 存储过程的时间 ，而且不能进行 连续 存储 。因此必须采取
图１系统框 图
２口１ ． １７
Ｔ ｓ ｅ ｔＴＯｏｌ Ｓ＆ Ｓｏ ｕｔｏ ｌ ｉｎ
一
定的技术措施 。
的同一块 会被 系统视 为坏块 处理 。系统 初始 化时会 完成
１ １ 存储模块 ２．
存储 模块分为 ４ 存储 组 ，每组 由 ４ Ｆ ｓ 存储芯 个 片ｌ ｈ ａ
片组成。Ｆ ｓ选用 ８ ｌ ｈ ａ 位数据总线， 片 Ｆ ｈ ４ ｌ 并行接在存储 ｓ ａ
模块 ３ 位总线上 ， ２ 共用相同的地址和控制信号 ，从而实现
—
重复编程和擦除、具有抗震动和冲击、温度适应范围宽等
ｈｏ Ｏ ａ ｈ ｅ ｅ —ｔｍ ｅｄａａｏｎ ａｌｒ ｅｎｕ ｂｅ ｆｈｉｈ—ｓ ｅ ｄ ｓｏ ａ ｅｔ ｃ ｗ ｔ ｃ ｉｖｅｒ ａ ｉ ｔ ａ ｇ ｍ ｌ ｒｏ ｇ ｐ ｅ ｔ ｒ ｇ Ｏ ｂｅ ｏｍ ｅｈｏｔ Ｔｈｉ ｐａ ｒｐｒｓ ｎｔ ｅ ｌｚ ｔｏ ． ｓ ｐｅ ｅｅ ｓａｒ ａｉａｉ ｎ ｏｆｌｒ ａ ｃｔ ｇ ｓ ｅ ｔ ａ ｙｓｅ ．Ｓｔ ａ ｒ ａ ｉ ａ ４ ４ ｓｏｒ ｇ ｒａ ｏ ｐｏｓｄ ＡＮ Ｄ ｌｓ ｅ ｏｒ ａｇｅ ｃ ｐａ ｉｙ ｈｉｈ ｐｅ ｄ ｓｏｒｇｅ ｓ ｔｍ ｏｒｇｅ ａ ｅ ｓ Ｘ ｔ ａ ｅ ａ ｒｙｓｃ ｍ ｅ ｏｆＮ Ｆ ａｈ ｍ ｍ ｙ ｃ ｐ ，ａ ｈ ａ ｒｅ ｈｅＳＯ ＰＣ，ＦＰＧ Ａ ｅ ｏｒ ｏ ｒ ｌｓ ｔ ｍ ｓｔ ｏ ｅ． ｃ ｏｒ ｉ ｇ ｔ ｔ ｃｕｒｌｃ ｒｃ ｅｉｔｃ ｈｉｓ ｓｔ ｅ ｃ ｒｉｒｏｆｔ ｍ ｍ ｙ ｃ ｎｔｏ ｙｓｅ ａ ｈｅ ｃ ｒ Ａ ｃ ｄ ｎ ｏ ｓｒ ｔ ａ ｈａ ａ ｔ ｒｓｉｓｏｆ ｕ Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ａｈ ｈｉ ，ｔ ｅ ｏ ｔｅ ｅ ｉ ｓ ｎｄ ｍ ｕｌｉ ｈａ Ｆｌｓ ｃ ｐｓ ｈｅ ｕｓ ｆｂｉ ｘｔｎｓｏｎ ，ａ ｔ—ｃ ｎｎｅ ｉ ｒｌｅ ｕｓｔ ｃ ｌｌ ｎｅ ｐａａｌｌｂ ｅ ｈｎｏｌ ｙ ｏｇ ，ｗ ｉｈ ｅａｉ ｌ ｍ ａｌ ｔ ａ ｒ ｌｔ ｙ ｓ ｌ ｖｅ ｃ ｐ ｃｔ ｏｗ —ｓ ｅ ｌｓ ｅ ｏｒ Ｏ ａ ｈｉｖ ａｇｅ ｃ ｐａ ｉｙ ｈｉｈ ｐｅ ｄ ｓｏｒｇｅ ｓ ｔ ｍ ．Ｉ ｈ ｔ ａ ｒ ｃ ｓ，ｔ ａａｉ ｙ，ｌ ｐｅ ｄ Ｆ ａｈ ｍ ｍ ｙ ｔ ｃ ｅ ｅ ａ ｌｒ ａ ｃｔ ｇ ｓ ｅ ｔ ａ ｙｓｅ ｎ ｔ ｅ ｓｏｒｇｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｈｅ
基于文件的高速采样数据存储系统设计
Ｖ １ ８ ｏ８ ｏ． ． ２Ｎ
Ａ ｇ ２ ０ ｕ ．０６
文章 编号 ： ０ ７ １ ４ ２ ０ ） ８ ０ ２ ０ １ ０ — ４ Ｘ（ ０ ６ ０ —０ ７ — ３
基 于 文件 的高速 采样 数 据存 储 系统 设 计
陈志诚 ， 魏 军 ， 斌 曾
（ 军 工 程 大学 管 理 ｉ程 系 ， 北 武 汉 海 湖 ４０３ ） ３０ ３
时 间 ， 样频 率 ， 道增 益 ， 据 长度 及 其 他相 关 采 通 数
储 常常 是必 要 的 ， 以便 为将来 的数据 回放 ， 数据 分 析 提供 支持 。常 规 的处理方 法是 使用通 用数据 库
管 理软件 ， Ｏ ａｌ， Ｓ ｌ 。然而 ， 如 ｒｃｅ Ｍｙ ｑ［ 等 １ 当采 样 的 数 据来 自多 达 ３ ０个 采 样通 道 ， 时采 样 的数 据 ０ 同
摘
要 ： 统 的 数 据 库 管 理 系 统 存储 性 能无 法 满 足高 达 ２ ／ 传 ０Ｍｂ ｓ的采 样 数 据 存 储 速 度 要 求 。建 立 了 一 个 三 层
文 件 系统 ， 一 天 的采 样 数 据 按 照 通 道 号 、 样 开 始 时 间 分 层 存 储 ， 对 每 层 数 据 提 供 相 关 的 索 引 文 件 ， 满 将 采 并 既 足 了采 样 数 据 存 储 速 度 要 求 ， 提 供 了 简单 的 按通 道 数 、 时 间 段 的 快速 查 询 服务 ， 相 似 系 统 的 设 计 与 实 现 又 按 对
可 ） 文 件系 统 的结 构 图如 图 ２ 示 。具体 设计 思 ， 所
路 如下 ：
Ｓ ａｃ Ｆ ｌｅ． ｅ ｅｒｈ ｏｄ ｒｒｆ的数 据结 构 由多 个 通 道 路 径 信息记 录组成 ， 按通 道号 升序依 次存 储 ， 与接 下 来 的通道 ＊ ＊．ｅ 一 样 ， ｒｆ 每条 记 录在 文件 中所 占 字节 数为 固定 的 ， 于快速 检索 定位 。 便
大数据平台架构设计与实现
大数据平台架构设计与实现随着数据量的爆炸式增长，大数据平台逐渐成为众多企业必不可少的一项重要技术，它能够帮助企业在海量数据中挖掘出更加精准、有用的信息。
然而，一个高效、可靠的大数据平台不仅仅需要拥有大量的数据存储和计算能力，还需要有合理的架构设计和实现方案。
本篇文章着重介绍大数据平台架构设计和实现方案的相关内容。
一、大数据平台的定义在大数据平台的定义中，大数据可以是拥有超过传统数据库管理系统能够存储和处理的能力的数据集合。
可以是结构化数据、半结构化数据或非结构化数据，而大数据平台就是建立在这些大数据之上的数据处理、存储、管理及分析工具的集合。
二、大数据平台的架构设计大数据平台的架构设计是让数据从采集到存储、处理再到分析等各个环节实现自动化流程的过程。
大数据平台的架构设计分为以下三个方面的基础组成：1、数据采集层数据采集层是大数据平台架构的第一步，它负责从各种设备、软件、传感器和各种现场活动中收集数据。
数据采集层应该尽可能地把数据从源头采集，建立在数据生产源的数据采集系统最优。
2、数据存储层数据存储层是大数据平台架构的第二步，它是数据存放的区域。
在数据存储层，数据会被存储在一种或者多种的存储介质中，比如Hadoop的HDFS、Apache的Cassandra、NoSQL、RDBMS等。
对于典型的企业级大数据平台，基于云的数据存储成为了最主流的架构选择。
3、数据处理层数据处理层是大数据平台架构的第三步，它的作用是以批处理、流处理、机器学习等一系列技术手段对数据进行处理和分析。
典型的大数据处理方案，需要基于Hadoop的MapReduce算法和Spark流处理框架。
三、大数据平台的实现方案1、采用异构系统集成采用异构系统集成可以使得数据能在不同的系统和数据源之间进行无缝衔接、便于网络对数据进行管理、分析和智能输出。
比如熟悉的Hadoop、代表Apache的Storm，以及管理方式各异的NoSQL数据库。
基于Hadoop的大数据存储与处理系统设计与实现
基于Hadoop的大数据存储与处理系统设计与实现一、引言随着互联网的快速发展和智能设备的普及，大数据时代已经到来。
海量数据的产生和应用给传统的数据存储和处理方式带来了挑战，传统的关系型数据库已经无法满足大数据处理的需求。
因此，基于分布式计算框架的大数据存储与处理系统成为了当前解决大数据问题的主流方案之一。
Hadoop作为开源的分布式计算框架，在大数据领域得到了广泛应用。
二、Hadoop概述Hadoop是Apache基金会下的一个开源项目，提供了一个可靠、可扩展的分布式系统平台，用于存储和处理大规模数据。
Hadoop主要包括HDFS（Hadoop Distributed File System）和MapReduce两个核心模块。
HDFS用于存储大规模数据集，而MapReduce则用于对存储在HDFS上的数据进行并行处理。
三、Hadoop架构1. HDFS架构HDFS采用主从架构，包括一个NameNode（主节点）和多个DataNode（从节点）。
NameNode负责管理文件系统的命名空间以及客户端对文件的访问操作，而DataNode负责实际存储数据块。
通过这种架构，HDFS实现了高可靠性和高扩展性。
2. MapReduce架构MapReduce是一种编程模型，用于并行计算大规模数据集。
它包括两个阶段：Map阶段和Reduce阶段。
在Map阶段，将输入数据集映射成键值对；在Reduce阶段，对中间结果进行合并和计算得出最终结果。
MapReduce通过将计算任务分解成多个小任务，并在集群中并行执行这些任务来实现高效的数据处理。
四、大数据存储与处理系统设计1. 数据采集与清洗在设计大数据存储与处理系统时，首先需要考虑如何进行数据采集与清洗。
原始数据往往存在格式不统一、含有噪声等问题，需要经过清洗和转换才能被系统有效处理。
2. 数据存储Hadoop提供了高可靠性的分布式文件系统HDFS，可以满足大规模数据存储的需求。
基于FPGA的数据采集系统设计与实现
了异步传输 中跨时钟域造成的亚稳态问题 ［ ５ １ 。在本 数据采集系统的设计中采用异步 ＦＦ ＩＯ的方式来解
图 ２ 数 据 采 集 系统 数 据 流 程
决跨时钟域 的数据传输 问题 。因为本数据采集系统 是针对 Ａ Ｃ芯片的测试所用的， Ｄ 因此数据采集接 口 的数据率不是 固定 的 １０ Ｈ ｘ４ｉ 而 Ｄ Ｒ 控制 ５Ｍ ｚ５ｂ ， Ｄ ２ ｔ 器的用户接 口和 Ｇ Ｅ控制器接 口数据率是 固定的 ， 分别为 １０ Ｈ ｘ １ｂ 和 １５ ｚ ２ｉ ５ Ｍ ｚｌ２ｉ ｔ ２ＭＨ ｘ ｂ ，所 以选用 ３ ｔ 异步 ＦＦ ＩＯ可以使 系统更加灵活。
基于 Ｆ ＧＡ的数据采集系统设计与实现 Ｐ
张 泽 军 ， 平 分 林
（ 北京工业 大学 嵌入式 系统重点 实验 室， 北京， １ ４ １０２ ） ０
摘要 ： 设计 并 实现 了一种基 于 ＦＧ Ｐ Ａ的 高速 数据 采 集 系统 ， 端 系统 用于采 集 目标 Ａ Ｃ芯 片 的数 字输 出， 后 Ｄ 将 采集后 的数据传 输 至 Ｐ Ｃ机再 进行 分析 。数据 采 集 系统 采用 ＤＲ Ｄ Ａ 储 、 兆 以太 网 （ ｉａ ｉ Ｄ ２ＳＲＭ存 千 Ｇ ｇｂ ｔ
数据传输及控制。同时 ， 模块还负责 Ｇ Ｉ Ｆ Ｅ控制器、
图 １数 据 采 集 系统 框 图
Ｄ Ｒ Ｄ ２控制 器 的用户 总线及 外 部数 据采 集 接 口之间
ｈ¨ ｎ ． ｈ ｎ ｎＡ 、 ，ｍ ａ ， ， ｎ ／ ｓ Ａ ｉ， ；、 １ 、
Ｌ一设 — 计
巾国集成电路
Ｃｈｉ ｎａ ｎｔ Ｉ ｅｇ ｒ ｅｄ ｉｃｕ ｉ ａｔ Ｃ ｒ ｔ
块 ，其 功 能 相 当 于 一 个 Ｄ ＭＡ （ ｉ ｃ Ｍ ｍ ｒ Ｄｒ ｔ ｅ ｏｙ ｅ
基于SATA硬盘和FPGA的高速数据采集存储系统
随着 数字 信号 处理技 术 和微 电子技 术 的 飞速发 展 ， 数
据 采 集 和 数 据 存 储 在 各 个 领 域 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 民 用 从 到 军 用 ， 日常 生 活 到 科 学 研 究 ， 领 域 对 数 据 采 集 存 储 系 从 各
统 的 采 样 速 率 、 储 速 率 及 容 量 、 携 性 都 提 出 了 越 来 越 高 存 便 的要 求 ， 对 这 一 问题 ， 合 当前 技 术 发 展 形 势 ， 计 并 实 现 针 结 设
ｉ ｍｍｕ ｉ ｆ ａ ｌ ｌｍｅ ｔ ｅｌｒ ｅｓｏ ａ ｅｃ ｐ ｃｔ ｙ ｔｍ． ｎ ｔ ｉ ｌ ｉ ｅ ｎ ｇ ｔｒ ｇ ａ ａ ｉ ｓ ｓｅ ｙ； ｎ ｙ ｍｐ ｈ ｔ ａ ｙ
Ｋｅ ｒ ｓ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ ｉｎ；ｄ ｔ ｔ ｒ ｇ ｔ ａａ ｓｏ ａ ｅ；Ｐ Ａ ｔ ＡＴ ＡＴ ｏ Ｓ Ａ；Ｆ Ｆ Ｉ Ｏ；Ｓ Ｔ Ａ Ａ
图 ｌ 系 统 原 理 框 图
Ｆ ｇ Ｓ ｓｅ ｐ ｉｃｐｅ ｉ．１ ｙｔｍ ｒｎ ｉ ｌ
系 统 ， 据 不 同需 要 进 行 相 应 的计 算 和 处 理 ， 出所 需 的 数 根 得 据【 １ １ 。而输 入 的模 拟 信 号 首先 要 经 过 处 理 ， 其 满 足 后 面 的器 使
Ｈｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ａ ａ ａ ｑｕ ｓ ｉ ｎ ｎ ｓｏ ａ ｅ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｇ ｐ ｅ ｄ ｔ ｃ ｉｔｏ ａ ｄ ｔ ｒ ｇ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ Ｓ ＡＴＡ ｒ ｓ ｎ ＦＰＧ ｈａ ｄ ｍ ｃ ａ ｄ Ａ
Ｚ ＨＡＮＧ ｈ － ｉ．Ｌ ｕ ｘ ｎ Ｚｉ ｗｅ Ｖ Ｙｏ －ｉ
Ｆ ＧＡ，Ｐ Ａ ｏＳ Ａ ｈｐ Ｊ ０ ３ ；ｔｅ ｓｆ ａｅｗ ｓｐｏ ｒｍｍｅ ｙＶｅｉ ｇ ＨＤＬ，Ａｈ ｒ ’ Ｆ Ｇ ｗａ ｓｄ ｔ ｃ ｉｖ Ｐ ＡＴ ｔ ＡＴ ｃ ｉ Ｍ２ ３ ０ ｈ ｏ ｗ ｒ ａ ｒｇａ ｔ ｄｂ ｒ ｏ ｌ ｅａＳ Ｐ Ａ ｓｕ ｅ ｏａ ｈｅ ｅ
基于PCIe总线的高速数据采集卡设计与实现
ｄｅｓｉｇｎ，ｈａｒｄｗａｒｅ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ
ｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ
ｓｔａｔｅ
ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｍａｉｎｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ＤＭＡ ｄａｔａ
模拟输入信号１ 模拟输入信号２
需要进行灵活的配置，并且ＰＣＩｅ高带宽优势明显。 本设计使用Ａｈｅｒａ公司Ｃｙｃｌｏｎｅ ＩＶ ＧＸ系列的ＦＰ— ＧＡ芯片ＥＰ４ＣＧＸ３０ＣＦ２３Ｃ８。该芯片集成了ＰＣＩｅ ＩＰ 硬核模块，实现×４通道的ＰＣＩｅ接口。ＩＰ核采用分层 结构，即分别为物理层、数据链路层、传输层和用户应
１
收稿日期：２０１２—０６—０１ 基金项目：辽宁省教育厅高校科研计划项目（ＬＳ２０１００３２）；中央 高校基本科研业务费专项资金资助（ＤＵＴ １０ＪＲｌ４） 作者简介：李木国（１９５３一），男，辽宁庄河人，教授，主要研究方 向为网络运动控制、图像测量等；黄影（１９８７一），女，吉林松原 人，硕士，主要研究方向为数据采集接口技术。
３．２
… ～一
３２－ｂｉｔ中断服务０ｘ２为允许ＰＣＩｅ产生中断；０ｘ３为ＤＭＡ 寄存器 传输结束中断
。如８誓盏甚鬻输寄存器每传送一个双字地址自删Ⅱ４
～～
。．
３２一ｂｉｔ
ＤＭＡ传输每传送一个双字自动减４，直到减为０，
ＭＢ
字节寄存器ＤＭＡ传送一次最多为２
… …～
３２－ｂｉｔ
ＤＭＡ传输ＯｘＯｌ：ＤＭＡ读操作（Ｐｃ机到ＦＰＧＡ端）； Ｏｘｌ００：ＤＭＡ写操作（ＦＰＧＡ端到Ｐｃ机）
发挥ＰＣＩｅ高带宽的优势，在ＦＰＧＡ内部开辟了深度为 １２８ ＫＢ的ＦＩＦＯ缓存空间用于缓存Ａ／Ｄ采集的数据， 上位机获得数据时可以通过ＤＭＡ方式传输。 本文所设计的采集卡的关键技术集中在ＰＣＩｅ的 ＤＭＡ实现上，本节将讨论ＰＣＩｅ传输时数据包的ＴＬＰ 结构以及基于ＦＰＧＡ实现的ＰＣＩｅ的ＤＭＡ写操作核心 状态机的设计与实现。
基于CPLD的高速数据采集系统控制模块的设计与实现
关键 词 ： Ｄ ｅｌｇ Ｐ Ｄ； 据采 集与存储 控制逻 辑 ； 真 Ｈ ＬＶ ｒｏ ；Ｃ Ｌ 数 ｉ 仿 中图分类 号 ： Ｐ ０ ． Ｔ ３２ １ 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：１０ － ６ ３ ２０ ）３ ０７ — ３ ０７ ２ ８ （０ ６ ０ — ０ ５ ０
ａ ｑ ｉ ｔ ｎ ａ ｄ ｓ ｒ ｇ ；ｓ ｌｔ ｎ ｃ ｕｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｉ ａｉ ｉ ｉ ｎ ｏ ｍｕ ｏ
在现代工业的发展 中， 实时测控系统得到广泛 应用 ， 进而对高速数字信 号处理系统提出了更高 的 要求． 由于涉及大量 的计算 ， 为了提高运算速度 ， 应 用了 Ｄ Ｐ Ｓ 器件． 数据采集 系统是整个 系统 的核心部
曲震宇 ， 刘胜辉
（ 尔滨 理工 大学 计算机科学 与技术学 院， 哈 黑龙 江 哈尔滨 １０ ８ ） ５０ ０
摘
要 ：采 用 Ｅ Ａ技 术 ， Ｄ 通过硬 件 实现 对数 据采 集 系统 的控 制 ， 而提 高速度 和 可 靠性． 一 从 这
方法对控制逻辑的设计具有普遍意义． 用 Ｈ ＬＶ ｒｏ 和 Ｃ Ｌ 采 Ｄ ｅｌ ｉｇ Ｐ Ｄ完成 了对高速数据采集系统及数 据存储控制逻辑的设计． 仿真验证结果表 明， 其控制模块的采样周期达到 ０４ ｓ设计完全满足 系 ． ，
的信号采集和处理能力．
１ 数 字信号处理 系统 总体方案
数据采集系统是基于 Ｄ Ｐ Ｓ 信号处理系统的一部
分， 系统框图如图 １ 所示． 该数字信号处理系统可用 于弱信号检测的应用研究中． 整个系统 由信号放大、
分之一 ， 传统方法是应用 ＭＣ Ｕ或 Ｄ Ｐ 通过软件控 Ｓ，
制数据采集的模／ 数转换 ， 这样必将频繁中断系统的 运行 ， 从而减弱系统的数据运算能力 ， 数据采集的速 度也将受到限制． Ｓ Ｃ Ｌ ／ Ｐ Ａ的方案被认 为 Ｄ Ｐ＋ Ｐ Ｄ Ｆ Ｇ 是数字信号处理系统的最优方案之一… ， 由硬件控 制模／ 数转换和数据存储 ， 从而最大限度地提高系统
超高速双模式数据采集卡的设计
超高速双模式数据采集卡的设计
许锦峰;陈炳泉
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2008(000)008
【摘要】设计了一种基于PCI总线的超高速数据采集卡.该数据采集卡采用外部或者内部2种触发方式,利用2片14位模数转换芯片ADS5547,对一路模拟信号进行双通道交叉采集可获得420MSPS的采集速率或以210MSPS速率对2路不同的信号交叉采集;采集到的数字信号经过数字信号处理,缓存于数据采集卡并通过数字存储示波方式实时查看,或者选择硬盘存储方式进行数据的大容量存储.结合硬件描述语言实现数据处理和控制电路的设计,并基于PCI总线实现采集数据的DMA接口传输.该数据采集卡利用双模式结构实现了超高速数据采集与大容量实时存储与处理的功能.
【总页数】4页(P95-97,103)
【作者】许锦峰;陈炳泉
【作者单位】苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州,215006;苏州大学物理科学与技术学院,江苏苏州,215006
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.12
【相关文献】
1.基于数据采集卡的无缆静力触探数据采集系统的研究与设计 [J], 冯伟;李同录;邢鲜丽
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工业数据采集与分析系统的设计与实现
工业数据采集与分析系统的设计与实现一、引言随着信息技术的迅猛发展，工业领域中的数据采集和分析变得越来越重要。
工业数据采集与分析系统能够帮助企业实时监测和分析生产数据，提高生产效率和质量，降低生产成本。
本文将介绍工业数据采集与分析系统的设计与实现。
二、系统需求分析在设计和开发工业数据采集与分析系统之前，首先需要进行系统需求分析。
根据企业的具体需求，系统应具备以下功能：1. 数据采集：能够从各种传感器和设备中采集实时数据，并保证数据的准确性和可靠性。
2. 数据存储：能够将采集到的数据进行存储，并建立可靠的数据管理系统，方便后续的数据分析与访问。
3. 数据预处理：对采集到的原始数据进行预处理，包括数据清洗、去噪、去重等，以确保后续的数据分析准确性。
4. 数据分析：能够对采集到的数据进行多维度的分析，包括趋势分析、异常检测、相关性分析等，以提供实时监测和预警。
5. 数据可视化：能够将分析得到的数据以图表、报表等形式进行可视化展示，为管理者提供直观的决策支持。
6. 操作界面：具备用户友好的操作界面，简化操作流程，提高用户体验。
三、系统设计与实现基于以上需求分析，下面将介绍工业数据采集与分析系统的设计与实现。
1. 系统架构设计工业数据采集与分析系统的架构可以采用分布式架构，将数据采集、存储、预处理、分析和可视化等功能进行解耦，提高系统的扩展性和可靠性。
系统架构中可以包括以下组件：- 采集模块：负责从传感器和设备中采集实时数据，并将数据发送到数据存储模块。
- 存储模块：负责将采集到的数据进行存储，并建立可靠的数据管理系统，可以使用关系型数据库或者分布式存储系统来实现。
- 预处理模块：负责对采集到的原始数据进行预处理，包括数据清洗、去噪、去重等操作，以确保数据的准确性。
- 分析模块：负责对预处理后的数据进行多维度的分析，可以使用机器学习、数据挖掘等技术来实现趋势分析、异常检测、相关性分析等功能。
- 可视化模块：负责将分析得到的数据以图表、报表等形式进行可视化展示，提供直观的数据呈现。