基于fpga的多通道高频信号采集和存储研究

《基于fpga的多通道高频信号采集和存储研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10530学号201230101314分类号R318.6密级硕士学位论文基于FPGA的多通道高频信号采集和存储研究学位申请人余壮志指导教师郭建学院名称物理与光电工程学院学科专业集成电路工程研究方向信号处理与系统设计2015年5月15日TheResearchofMulti-channelHighFrequencySignalAcquisitionandStorageBasedonFPGACandidateYuZhuangzhiSupervisorProfessorGuoJianCollegeSc

2、hoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramIntegratedCircuitEngineeringSpecializationImageSignalAcquisitionBasedonFPGADegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay15,2015湘潭大学学位论文原哲ｊ性声明本人郑塞声明：所呈巧的论文是本人在导师的指巧Ｋ独立迸巧硏究所取得的研究成架。除／义中特别加从标巧引用的巧容

3、外，本论义不包含任何其他个人或集体己经发裴或撰巧的成果作品。对本义的研究做巧奎耍巧献的个人和集体，巧己在文中从明确义式标明。本人完全恩巧到本声明的法泮后梁由本人承扭。作者籍名Ｕ期辞ｔ巧＾Ｈ学位论文版权使用授枚书本学位论文作者完全／解学校巧关保留、使巧学位论文的规定，同窓学校保留并向围家有关部口或机构送交论义的叟印件和电子版，允许论义被抵閱和借阁。本人授权漸帶大学可从将本学化论义酌全部或部分内容编入柄关数据库进行检索，可采用載印、缩印或扫描等Ｍ制乎段保存和汇编本学位

4、论文。涉密论义按学校规定处理。作者簽名：鬥期：＞作年＾巧Ｈ／导师签名＊日期《年＾曰：巧？＾２＾摘要超声医学设备以其显示方法多样、无创、无痛，特别是观察心血管脏器的血流动力学和探测人体软组织有独到之处，被广泛使用于医学临床诊断的各个方面。一般高频超声常用频段集中在3.5—7.5MHz,在这个频段的超声医疗设备在国内外已经应用的很广泛。大于20MHz的超高频超声相对于一般超声，能更好的显示浅表器内的微小病灶及细小管状结构的病变，而此频段的超声设备被研究的并不多，所以本系统研究20

5、MHz的超高频超声的采集和存储是有重要的学术和应用价值的。针对超高频超声对大数据高速采集和存储的需要，本课题设计了一个基于FPGA的多通道高频信号采集和存储系统。此系统基于AlteraStratixIVGX230平台，实时接收两片高速AD9254采集来的超声数据，DDR2SDRAM作为数据的大容量缓存，利用FPGA自身携带的PCIExpress硬核，通过Quartus12.1的Qsys构架搭建了一个通往PC机的高速数据采集存储系统。系统主要完成的工作有：首先，前端采集部分，由两片并联的AD9254芯片

6、间隔交叉采样，实现相对低速的转换芯片采样频率倍频的效果，通过Matlab分析获得了准确的采用数据；其次，后端存储部分，DDR2SDRAM作为系统主要的外部缓存，往前接纳经过数据重组和异步FIFO的采集数据，往后和基于Qsys构架的PCIe硬核进行高速的DMA传输。采用Modelsim仿真DDR2SDRAM的读写控制逻辑，忽略内存组模块的固有物理延迟，测试读写带宽达到200MByte/s；再者，系统结合Jungo公司开发的WinDriver驱动基本构架，编写PCIe驱动代码，搭建一个StratixIV界

7、面的DMA测试操作平台，DMA读写测试速率平均为1455MByte/s，同时采用PCIe物理测试软件测试达到5.0GT/s的理想传输带宽。最后，基于对各个功能模块的验证进行最后总系统的调试，采用HOST先读取DDR2SDRAM外部存储器采集数据然后再写回相应地址数据的方式，测试验证了本系统传输和转存数据的精准性。经过上述调试，成功实现了本系统向HOST存储域传输高速ADC采样数据并且存储的功能。本系统主要的创新点在于：①系统后端的存储系统，将SGDMA的高速传输控制功能模块化成独立IP整合进Quart

8、us11.0新推出的Qsys构架里边，与前端的DDR2SDRAM和终端PC进行数据通讯，实现了数据高效传输和存储系统可移植化的效能。②系统后端存储部分带宽明显高于前端采集部分，由上位机编程决定前端采集子板的时效性，可以选择采集一段数据暂存DDR2SDRAM作为固定存储，也可以作为一个实时的采集存储一体系统，能够方便32bit的系统及时进行大量数据的解析此系统的成功运行，为今后向8通道、16通道、64通道、甚至是128通道信号I采集和存储系统的扩展奠定了良