基于fpga高速实时数据采集存储系统设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要随着现代科技高速发展，在工业生产和科学研究上如无线通信、图像处理、核磁共振波谱仪等领域，都需要在各级设备间高速传输大量的数据。因此需要在系统设计中运用大容量、高速的存储介质。随着科技进的步，人们开始使用内存，内存产品也正在不断演进，从最初的DRAM一直发展到今天在本论文中使用到的DDR3SDRAM。在时序控制方面，FPGA芯片具有较高的时钟频率和丰富的硬件资源，能够快速有效的控制复杂的组合逻辑和时序逻辑电路。所以通过将FPGA和DDR3SDRAM相结合的接口时序设计，可以在大容量与高速率的采集存储系统中起到核心控制作用。基于该背景，在深入阅读和理

2、解了FPGA开发流程和DDR3SDRAM的控制原理、存储结构、接口时序等知识后，本文提出了基于Xilinx公司的Spartan6FPGA作为控制核心，Micron公司的DDR3SDRAM作为存储介质，并通过USB2．0系统进行数据传输的高速采集与存储系统，以满足现代工业与科学研究中高速、高实时性的数据采集存储要求。本论文首先介绍了高速采集存储系统的技术背景和国内外发展状况，并针对现有使用DDR或者DDR2内存的该系统，提出使用DDR3内存能更快速读写数据并具有更大存储容量的方案。其次，给出了搭建本系统的总体架构和论文设计的思路，即如何实现基于FPGA控制的DDR3控制器，并

3、确立了控制器系统中各个模块的组成。然后通过ISE12．4开发平台和VerilogHDL的设计输入方式，并结合了开放的IP核资源，对每个模块进行了详细的逻辑分析与设计。最后运用硬件环境对所设计的系统进行测试，分析了系统资源耗用情况，系统实时性和使用chipscope逻辑分析仪工具对该系统进行了功能验证。验证结果说明，基于FPGA与DDR3的高速采集存储系统，数据吞吐量与读写速率较现有系统有很大的提升，达到了最初系统设计的要求。在长时间不断电工作下稳定运行，没有误码的产生。关键词：FPGA，DDR3SDRAM，FIFO，VerilogHDL，高速采集存储武汉理工大学硕士学位论文

4、AbstractWiththerapiddevelopmentofmodemtechnology,suchasthefieldofwirelesscommunications，imageprocessing，andnuclearmagneticresonancespectrometer,andallneedthehigh—speedtransmissionoflargeamountsofdatabetweendevicesatalllevels．Thereforeneedtobeusinghighcapacity,highspeedsystemdesignofstorage

5、media．Asscienceandtechnology,peoplebegantousememory,memoryproductsareconstantlyevolving，fromthefirstDRAMhasbeendevelopedtobeusedinthispapertoDDR3SDRAM．Intermsoftimingcontrol，theFPGAchipwitllhigherclockfrequencyandhardwareresourcescanbequicklyandeffectivelycontrolcomplexcombinatoriallogican

6、dsequentiallogiccircuits．So，throughacombinationofFPGAandDDR3SDRAMinterfacedesign,intheacquisitionoflargecapacityandlli曲-speedstorageplayedacentralcontrolsystem．Basedonthebackground，in-depthreadingandunderstandingofthecontrolprincipleoftheFPGAdevelopmentprocessandDDR3SDRAM，knowledgeofstorag

7、estructures，interfaces，timing，etc．Inthispaper,basedonXilinx’SSpartan6theFPGAasastoragemediumasthecontrolcore，MicronDDR3SDRAMandKgh—speedacquisitionandstoragesystemfordatatransmissionviaaUSB2．0systemtomeetmodemindustrialandscientificresearchinhigh—speed，real-ti