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基于FPGA的高速數據采集系統設計

作者: 時間:2011-09-13 來源:網絡 收藏


2 硬件控制器的設計
整個數據系統含有數據模塊和數據傳輸模塊。其中數據模塊由AD數據轉換模塊和Nandflash數據存儲模塊組成。系統采用USB接口做數據傳輸模塊,在此不作為本論文的重點進行描述。在數據傳輸部分本系統采用了DMA傳輸技術。其內部電路功能模塊如圖2所示。

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/191012.htm

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其中ALE,WR分別連接處理器的地址鎖存和WR引腳。而處理器設置成地址總線和數據總線分時復用的模式。這樣可以通過ALE信號來鎖存處理器的地址。而控制命令生成器用來譯碼產生相應的命令和操作。DMA控制器是我們自己編寫的特定的控制器,它需在收到處理器的DMA使能命令的情況下使得DMA_EN有效,然后在收到DMA開啟信號DMA_restart后,才會啟動一次DMA傳輸數據,每啟動一次傳輸一頁2 K的數據。在傳輸過程中,因為是多片FIFO的讀,為了數據不會亂,我們通過一個特定的控制器將DMA_FLASH_WE和多片FIFO的DMA_FIFO_RD匹配的統一起來產生了多片FIFO輪換讀的操作。
在采樣速率選擇的設計中,我們是應用先微處理器的軟件系統給的硬件系統一個采樣速率選擇值,而后FPGA的硬件系統內部將譯碼微處理器給的頻率值,頻率選擇器將根據這個數值產生相應的頻率輸出,頻率選擇器輸出的頻率又將輸入到控制AD轉換的狀態機里,這樣控制AD轉換的狀態機將根據輸入的頻率進行相應的頻率采集、數據的讀取和向FIFO寫數據等操作。

3 控制與存儲模塊
本系統在存儲方式設計時采用流水線操作方式。Nandflash存儲器的寫入有兩個階段:數據加載階段(即通過I/O端口將數據寫入頁數據寄存器)和編程階段(在芯片內部,將頁數據寄存器中的數據轉存到非易失性存儲單元內)。數據編程階段是自動進行的,不需要外部系統的其它操作,但它需要很長的時間,其典型值是200μs。而如果采用流水線存儲方式就可克服Nandflash芯片寫入速度較慢的缺點。應用流水線操作方式對Nandflash存儲器進行寫操作流程原理如圖3所示。首先對第一片Nandflash進行數據的加載,數據加載完后,第一片Nandflash隨后就將進入自動數據編程階段;然后再對第二片Nandflash進行數據的加載,數據加載完后,第二片Nandflash也將進入自動數據編程階段;然后依次對第三片Nandflash和第四片Nandflash進行相同的上述操作。而當第四片Nandflash數據加載完后,第一片Nandflash剛好已經自動編程數據結束,接著再從第一片Nandflash重復剛開始的加載數據和自動編程數據階段。就這樣如此循環一直到數據采集完成。這就是流水線的存儲方式。從整體時間來看,整個系統在一直的進行著數據的傳輸和存儲。

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