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150MSPS连续数据采集存储系统

文章出处：网责任编辑：作者：人气：-发表时间：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。

用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

三、系统组成

1、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
大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：

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Xilinx的MIG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RAM等IP、AD/DA和DDR之间的DMA及DDR和PCI-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

QT1138为PCIex8 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 Single与FIFO 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
软件平台	驱动程序	C/C++ LabView 32/64位

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