信号采集是连续的,而数据的上传是由主机软件通过DMA方式间断获取,因此需要设计大容量的存储器以缓存数据,同时为了达到不间断采集目的,设计了两块存储区采用乒乓缓存的工作方式,即一块存储区用于缓存A/D转换器高速数据时,另一块存储区用于将先前已存储的数据上传。大容量内存采用Micron公司的内存模块MT4HTF3264HY-53E,该内存模块容量256 MB,数据总线宽度64 bit,采用SODIMM封装形式,数据访问带宽最高可达4.3 GB/s,远超出本系统的需求。 当采集卡工作于最高采样率800 MHz/s、14 bit分辨率时,转换的数据率将会达到1.6 GB/s,给后续的数据传输带来非常大的压力。常用的总线如PCI,PXI等已经满足不了如此高的速率要求,本系统采用了8通道的PCIe总线来实现高速数据传输,每通道运行速率2.5 Gb/-s,采用8b/10b编解码方式工作,可以得到总数据带宽约2 GB/s,达到实时传输数据的要求。 3 基于IPCORE的PCIe控制接口设计 PCIe接口控制电路是本采集卡的关键模块,通过PCIe控制核完成主机与采集卡的数据交互。PCIe拥有多种组件类型,每一类型均采用了复杂的系统级折衷方案,以满足严格的设计目标。为了能加快产品研发进度,本设计采用Xilinx公司的Logicore IP for PCI Express来设计PCIe高性能互连设计接口,该IP核占用FPGA资源少、功耗低,包含有物理层、数据链路层、传输协议层和配置空间。 如图3所示,层与层之间有明确的分工,相比PCI总线不分层的协议描述更加抽象,传输协议层与数据链路层负责将采集到的数据按批次组包,包在层与层之间传递时会附加对应的校验和帧信息。PCIe标准使用应答重传机制,在数据链路层包括相应的应答延迟和重传延迟定时器,这两个定时器收到串行解串模块与传输介质延迟的影响比较大,太小的重传延迟往往会造成不必要的重传,从而显著降低性能,因此在不同的采集环境下需要进行针对性的调整。设计中这两个定时器的值可以通过软件界面进行配置修改,通过驱动软件来动态修正两个定时器以达到采集传输性能的最优化。
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