基于pc高速数据获取系统设计论文

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1、湖南大学硕士学位论文基于PC的高速数据获取系统的设计姓名：彭睿申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：颜永红2012硕上学位论文摘要中国散裂中子源(CSNS)是我国第一台散裂中子源，使用新型GEMMonitor作为中子束监测器实时监控中子源束流的强度。中子束监测器产生的有关束流强度信息的电信号，经过前端读出电子学系统的一系列处理后，需要传输到上位机进行实时在线处理。而传统的数据传输方式由于数据传输速率及数据传输带宽的限制，已无法满足项目的设计需求。针对上述情况，设计了一套基于高性能

2、VIRTEX．6型FPGA的高速数据获取系统。中子束监测器产生的信号经过放大、滤波成形等一系列处理后，经光纤传输至板卡，通过FPGA进行电路控制，实现数据的串并转换、压缩、存储、高速数据缓存等功能，最后将处理结果通过PCIE总线传送至上位机进行分析和处理。系统的高速光纤传输使用开源、可扩展的Aurora轻量化数据链路层协议，以实现数据在单通道或多通道间的高速串行点对点传输，协议使用方便，可靠性很高，PCIE总线传输则通过调用xilinx公司生产的IP核，采用BMD方式来实现。系统PCB设计采用6

3、层结构，其中包含三个信号线层，两个电源层及一个地层。光纤及PCIE信号线均采用差分数据线结构，对于信号完整性、电磁兼容性、电源完整性等问题，设计中均进行了针对性的优化处理。论文主要包含以下内容：1、系统整体设计；2、硬件电路及PCB版图设计；3、基于Verilog语言的硬件逻辑设计。最后对系统各个模块的功能和系统的整体性能进行了测试，测试结果表明，该数据获取系统具有极高的数据传输速率以及极低的误码率，完全可以满足GEM中子束监测器在数据传输方面的需求。关键词：数据获取；光纤；FPGA；PCIEx

4、pressIIAbstractTheChinaSpallationNeutronSource(CSNS)isthefirstspallationneutronsource，whichusethenewtypeoftheGEMMonitorasaneutronbeammonitor．TheelectricalsignalsgeneratedbytheneutronbeammonitorsneedtobetransferedtothePCinreal-timeonlineprocessing．Tra

5、ditionalwaysofdatatransmissiononthedatatransferhavesomelimitsonrateanddatatransferbandwidth，therefore．ithavebeenunabletomeetthedesignrequirementsoftheproject．Inresponsetothesecircumstances，thepaperdesignedahighspeeddataacquisitionsystemwhichcontainsa

6、high—performanceFPGAwithhigh—speedopticalfiberandthePCIExpressbus．Afteraseriesofprocessingsuchasamplificationifiltering，waveforming，theneutronbeammonitorsignalreceivedonopticalfiberoftheboard．Andthenimplementthefunctionasdataconversion，datacompressio

7、n．andhigh’speeddatacache．Finally,theresultswillbesentbyPCIExpressbustothehostcomputerforanalysisandfurtherprocessing．ThehighspeedopticalfiberofthesystemuseAuroraprotocoltoimplementopticalfiber,whichisconvenienttodesignwithhighreliability．ThePCIEisimp

8、lementedinBMD，usingaIPcorewhichisdesignedbyxilinx．PCBdesignofthissystemcontainssixlayers，withthreesignallayers，twopowerplantsandagroundlayer．thedataaretransmittedbydifferentialpair,andsomemeasuresaretakentooptimizetheSI．PI．EMCperformanceoftheboard．Th