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150MSPS連續數據采集存儲系統

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2016-07-19 15:54:00

 一、概述

 

2通道數據采集系統可以實現150MS/s采樣,連續采集存儲以及實時信號處理等功能。
QT1138AC采集卡,在FIFO采集模式下,是將板載內存虛擬為一個大容量FIFO允許采集數據由該FIFO緩沖后連續不斷的通過PCIe接口傳輸到主機內存或硬盤中。。
北京坤馳科技有限公司基于數據采集與控制部分,為用戶提供一套解決方案,涉及到信號的采集存儲或處理。
 系統框圖
三、系統組成
1、采集模塊

采集模塊 
                QT1138AC(圖為8ch版本,交付實物為2ch)
 
北京坤馳公司:QT1138AC基于PCIe總線的數據采集卡:
  • 使用單或雙通道采集
  • 16bit采集精度
  • 250Msps采樣率
  • PCIe x8 Gen2總線,連續數據傳輸率>2.8GB/s
2、主機
 
便攜式工控機箱(配置可按要求變更):
  • I7處理器
  • X99主板
  • 8GB DDR4x2內存
  • 1TB SSD
Qtex V1.0是坤弛代嵌入式系統邏輯平臺,基于Xilinx 6系列FPGA實現。集成了豐富的對外高速和低速接口。系統由CPU子系統、數據采集(DAQ子系統、高速存儲(Storage)子系統和數據回放(loopback)子系統構成,具有配置靈活、可擴展性、接口豐富等特點。
Qtex V1.0邏輯AD版,其邏輯結構分別如下:
 
邏輯結構
 
AD模塊(對應adc_top.v)用于接收AD采集的數據;
觸發控制模塊(對應ad_ch_top.v)用于實現系統功能中的各種觸發方式,并根據觸發將AD數據通過AXI-STREAM接口傳到SOC系統中;
PCI-E模塊(對應pcie_mailbox_top.v)實現了一個PCI-E從端口,并在PCI-E從端口基礎上引出了一個mailbox接口及兩組AXI-STREAM接口(一組上行,一組下行)用于實現與上位機之間的DMA數據傳輸;
SPI模塊(對應spi_if.v)是一個SPI主控制器,可在CPU或用戶邏輯的控制下操作各種SPI從設備,如AD/DA芯片等;
DDR模塊(對應dual_ddrc_wrapper.v)調用了XilinxMIG核,驅動板上的兩組DDR3,并將這兩組DDR3接口合并為一組AXI-STREAM接口連到SOC系統中;
SOC模塊(對應qtexv100.xmp)是Qtex V1.0的核心部分,主要包括軟核處理器microblaze及其必須的AXI總線控制器和RAMIPAD/DADDR之間的DMADDRPCI-E之間的DMA等。
對于需要做二次開發的用戶來說,如果只需要對數據做簡單的預處理或后處理,如上下變頻、FIR濾波等,則簡單的方式是在AD/DA接口和觸發控制邏輯之間添加自己的邏輯,如下圖:
 

上下變頻、FIR濾波等操作,需要關心的只有AD/DA數據接口及其時鐘。在AD/DA模塊接口上,是一個和AD/DA采樣率成整倍數關系的時鐘及一組和AD/DA通道數成整倍數關系的數據,具體倍數取決于AD/DA芯片型號。在觸發控制模塊接口上,時鐘頻率和數據位寬都是用戶可配置的。因此,用戶邏輯可以改變AD/DA數據接口的數據位寬及時鐘頻率以達到想要的功能。
六、實時流盤功能
使用QT1138AC板卡,由于板卡的垂直分辨率在16bit,當采樣率在150MS/s,單通道采集時,每秒的數據量大小為:
150MS/s×1ch×2=300MB/s

QT1138PCIex8 Gen2接口,流模式速度可達2500MB/s,遠遠超過采集的數據量。采用固態硬盤存儲時,連續寫速度可達400MB/s>300MB/s。所以在150MS/s單通道時可以進行實時流盤的操作。

流模式功能將板載內存虛擬為一個大容量 FIFO,允許采集數據由該FIFO 緩沖后連續不斷的通過 PCI Express 總線傳輸到主機內存或硬盤中。在 FIFO 模式下,系統會預先設置FIFO 容量和實時監測FIFO 狀態,并自動啟動 PCI Express DMA 操作,進行數據搬運工作。FIFO 模式工作后,其采集數據長度容許無限長,限制條件為主機的內存容量或硬盤容量。
 
  

流模式又分為FIFO SingleFIFO Multiple兩種。在FIFO Single模式下接收一次觸發事件之后,會連續不斷地采集數據,同時連續不斷地傳輸數據到上位機內存,板載內存作為一個 ring buffer 傳輸數據。當 ring buffer 緩存的數據達到一定量時,上位機接收到數據。采集卡可以一直工作,直到用戶發命令停止數據采集。在FIFO Multiple模式下將板載存儲空間分成 N 個子段,可以接收連續觸發操作。系統自動將每次觸發前后采集的數據存入對應的存儲器子段,這個過程不需要軟件干預,采集卡也不需要重新啟動。FIFO 模式下分段數量不受限制。

FIFO Multiple

系統配置
硬件平臺
便攜式工控機
I7處理器
X99主板

8GB DDR4內存x4

數據采集模塊
QT1138AC
數據存儲模塊

1TB SSD固態硬盤

軟件平臺
操作系統

Win7 x64

驅動程序
C/C++

LabView 32/64位

 

 

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