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150MSPS连续数据采集存储系统

返回列表 来源:坤驰科技 浏览:- 发布日期:2016-07-19 15:54:00【

 一、概述

 

2通道数据采集系统可以实现150MS/s采样,连续采集存储以及实时信号处理等功能。
QT1138AC采集卡,在FIFO采集模式下,是将板载内存虚拟为一个大容量FIFO允许采集数据由该FIFO缓冲后连续不断的通过PCIe接口传输到主机内存或硬盘中。。
北京坤驰科技有限公司基于数据采集与控制部分,为用户提供一套解决方案,涉及到信号的采集存储或处理。
二、系统框图
 系统框图
三、系统组成
1、采集模块

采集模块 
                QT1138AC(图为8ch版本,交付实物为2ch)
 
北京坤驰公司:QT1138AC基于PCIe总线的数据采集卡:
  • 使用单或双通道采集
  • 16bit采集精度
  • 250Msps采样率
  • PCIe x8 Gen2总线,连续数据传输率>2.8GB/s
2、主机
 
便携式工控机箱(配置可按要求变更):
  • I7处理器
  • X99主板
  • 8GB DDR4x2内存
  • 1TB SSD
四、FPGA开发
Qtex V1.0是坤弛代嵌入式系统逻辑平台,基于Xilinx 6系列FPGA实现。集成了丰富的对外高速和低速接口。系统由CPU子系统、数据采集(DAQ子系统、高速存储(Storage)子系统和数据回放(loopback)子系统构成,具有配置灵活、可扩展性、接口丰富等特点。
Qtex V1.0逻辑AD版,其逻辑结构分别如下:
 
逻辑结构
 
AD模块(对应adc_top.v)用于接收AD采集的数据;
触发控制模块(对应ad_ch_top.v)用于实现系统功能中的各种触发方式,并根据触发将AD数据通过AXI-STREAM接口传到SOC系统中;
PCI-E模块(对应pcie_mailbox_top.v)实现了一个PCI-E从端口,并在PCI-E从端口基础上引出了一个mailbox接口及两组AXI-STREAM接口(一组上行,一组下行)用于实现与上位机之间的DMA数据传输;
SPI模块(对应spi_if.v)是一个SPI主控制器,可在CPU或用户逻辑的控制下操作各种SPI从设备,如AD/DA芯片等;
DDR模块(对应dual_ddrc_wrapper.v)调用了XilinxMIG核,驱动板上的两组DDR3,并将这两组DDR3接口合并为一组AXI-STREAM接口连到SOC系统中;
SOC模块(对应qtexv100.xmp)是Qtex V1.0的核心部分,主要包括软核处理器microblaze及其必须的AXI总线控制器和RAMIPAD/DADDR之间的DMADDRPCI-E之间的DMA等。
对于需要做二次开发的用户来说,如果只需要对数据做简单的预处理或后处理,如上下变频、FIR滤波等,则简单的方式是在AD/DA接口和触发控制逻辑之间添加自己的逻辑,如下图:
 

上下变频、FIR滤波等操作,需要关心的只有AD/DA数据接口及其时钟。在AD/DA模块接口上,是一个和AD/DA采样率成整倍数关系的时钟及一组和AD/DA通道数成整倍数关系的数据,具体倍数取决于AD/DA芯片型号。在触发控制模块接口上,时钟频率和数据位宽都是用户可配置的。因此,用户逻辑可以改变AD/DA数据接口的数据位宽及时钟频率以达到想要的功能。
六、实时流盘功能
使用QT1138AC板卡,由于板卡的垂直分辨率在16bit,当采样率在150MS/s,单通道采集时,每秒的数据量大小为:
150MS/s×1ch×2=300MB/s

QT1138PCIex8 Gen2接口,流模式速度可达2500MB/s,远远超过采集的数据量。采用固态硬盘存储时,连续写速度可达400MB/s>300MB/s。所以在150MS/s单通道时可以进行实时流盘的操作。

流模式功能将板载内存虚拟为一个大容量 FIFO,允许采集数据由该FIFO 缓冲后连续不断的通过 PCI Express 总线传输到主机内存或硬盘中。在 FIFO 模式下,系统会预先设置FIFO 容量和实时监测FIFO 状态,并自动启动 PCI Express DMA 操作,进行数据搬运工作。FIFO 模式工作后,其采集数据长度容许无限长,限制条件为主机的内存容量或硬盘容量。
 
  

流模式又分为FIFO SingleFIFO Multiple两种。在FIFO Single模式下接收一次触发事件之后,会连续不断地采集数据,同时连续不断地传输数据到上位机内存,板载内存作为一个 ring buffer 传输数据。当 ring buffer 缓存的数据达到一定量时,上位机接收到数据。采集卡可以一直工作,直到用户发命令停止数据采集。在FIFO Multiple模式下将板载存储空间分成 N 个子段,可以接收连续触发操作。系统自动将每次触发前后采集的数据存入对应的存储器子段,这个过程不需要软件干预,采集卡也不需要重新启动。FIFO 模式下分段数量不受限制。

FIFO Multiple

七、系统配置
系统配置
硬件平台
便携式工控机
I7处理器
X99主板

8GB DDR4内存x4

数据采集模块
QT1138AC
数据存储模块

1TB SSD固态硬盘

软件平台
操作系统

Win7 x64

驱动程序
C/C++

LabView 32/64位

 

 

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