基于PCI Express接口的数据采集存储系统设计

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                    　　0 引言
　　数据采集与存储系统是信号与信息处理系统的重要组成部分。随着雷达对抗技术和软件无线电技术的发展，很多应用都需要对数据进行高速采集和大容量实时存储，而目前市场上同时具备上述两种功能的采集系统还不多见，为此，本文提出了一种基于PCI Express总线接口的、具备可扩展性能、并可大容量存储数据的采集系统。该系统的最高采样速率可达80 MHz，利用计算机并通过PCI Express总线和采集卡、Raid磁盘阵列相连后，便可通过主机软件界面实现对硬件设备的控制。
　　1 系统结构
　　方案总体上分为三个部分：高速信号采集卡、主机、Raid磁盘阵列，他们之间可通过PCIExpress总线连接。其系统结构如图1所示。






　　本设计选用Cyclone II系列芯片EP2C5Q208。此芯片为208脚PQFP封装，用户可用I／O资源高达158个，差分通道数为58个，其内部逻辑资源、M4K存储资源、内部PLL数量完全能够满足本系统设计的需要。
　　由于AD转换芯片AD94301的采样精度为12位，而PEX8311接口芯片可支持8位、16位、32位数据位。因此，为了更加有效的提高数据传输的效率，同时也为了使数据采集速率获得相对提升，设计中的PEX8311采用32位数据位模式进行数据传输。这样，在本方案的FPGA数据流逻辑控制中，不仅要进行数据的缓存以及数据传输逻辑的控制，还要进行数据位的变换扩展，即由12位数据扩展为32位数据。为了实现数据位由12位到32位的转换，应先把解串后的12位采样数据进行数据分流模块，以把12位数据交替存储到两个FIFO中缓存。图4所示是经数据分流模块交替产生12位数据的仿真示意图。






　　4 结束语
　　基于PCI Express总线技术和Raid磁盘技术研制的高速大容量数据存储系统，其最高采样速率可达210MHz，存储容量为2TB。如果要扩展存储容量，只需更换Raid磁盘阵列控制卡并增加硬盘数量即可。通过实际使用表明，该系统可以在50MHz采样率下稳定、可靠、持续不间断的完成数据的采集和存储，而且操作方便，扩展性强，具有一定的工程应用价值和参考价值。