基于pci express总线的高速光纤数据采集系统设计

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1、万方数据学校代号：10536学号：11105030520密级：公开长沙理工大学硕士学位论文基于PCIExpress总线的高速光纤数据采集系统设计学位申请人姓名萱圭缝指导教师一王41堡教授所在学院电氢皇篮息王歪螳院专业名称电路皇丕统论文提交日期2Q!垒生璺且2目论文答辩日期2Q!垒生5目2垒目答辩委员会主席童建国万方数据DesignofHighSpeedOpticalDataAcquisitionSystemBasedonPCIExpressBusCAOZhifengAthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegr

2、eeofMasterofEngineeringinCircuitandSysteminElectronicScienceAndTechnologyChangshaUniversityofScience＆TechnologySupervisorProfessorWangXiaohuaMay，2014万方数据长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由

3、本人承担。作者签名：陬铃日期：列睁5月岁日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密彤(请在以上相应方框内打“4”)作者签名：导师签名：骺镰1嘶日期：肋f垆年日期：朋昨日乡C、>月，

4、D厶驴万方数据摘要在光通信设备的研发和光传输系统特性测试等领域，经常需要采集高速光纤数据进行分析。但由于开发成本或开发难度等原因，目前能够对2．5Gb／s甚至更高速率的光纤数据进行长时间、实时采集的设备尤为少见。本文结合课题需求，基于现有的高性能PCIExpress总线和磁盘阵列技术，研制了一套2．5Gb／s速率级的高速光纤数据采集系统。该系统可对接入的2路2．5Gb／s光信号进行实时、长时间的数据采集，系统稳定的存盘速率可达617．26MB／s，能连续采集4TB的数据不丢帧，满足系统的各项设计指标，具有很好的应用价值。在系统实现过程中，主要做了如下的研究工作。1、设计了PCIExpress

5、采集卡的硬件平台。主要包括方案的确定、器件的选型与印制电路板的制作。采集卡的硬件平台较好地克服了电磁干扰、信号反射以及布线延时等问题，能够长时间稳定可靠地工作。2、研究了光信号的处理方法。探讨了帧同步中一致次数和不一致次数的确定方法，通过研究ITU—TG．707中串行加扰／解扰模型的特性，提出了一种16bit的并行解扰方法。通过在FPGA进行逻辑实现，论证了帧同步和并行扰码方式的正确性。3、研究了高速数据与计算机内存通信的解决方案。通过研究PCIExpress总线和其它总线的结构和传输性能，确定选用PCIExpress总线的解决方案。用FPGA内的IP核来实现PCIExpress总线具有设计

6、灵活、升级扩展简易的优点。4、研究了高速数据海量存储的方法。通过对比磁盘阵列以及其它存储介质的I／O性能及存储成本，确定采用RAID0级别的磁盘阵列作为高速数据海量存储的介质。RAID0磁盘阵列是将多个廉价磁盘合并成一个大的磁盘，实现对数据的并行I／0存取。在磁盘阵列所有的级别中，RAID0的磁盘利用率最高，速度最快。5、研究了提升磁盘阵列性能的软件优化方法。磁盘阵列虽然在硬件上已经确定，但是可以通过不同的软件存储方案来提高阵列的I／O性能。经测试表明，数据在驱动层存储相对于在应用层存储，可达更高的存储速率；采用多文件存储相对于单文件存储，阵列会比较稳定地保持在一个较高的速率水平；加大数据缓

7、存区，可更好的克服写磁盘的不稳定性。关键词：高速光纤数据；PCIExpress总线；FPGA磁盘阵列；海量存储万方数据AbstractOpticalfibercommunicationhasmanyadvantagesrelativetotraditionalelectriccommunication．Atpresent，ithasbecomethemaintransmissionmodecommunicat