FPGA芯片在高速數據采集緩存系統中的應用

摘要：給出了以FPGA為核心邏輯控制模塊的高性能數據采集系統的設計方法，并在QuartusII8．0集成環境中進行軟件設計和系統仿真，最后給出了新型緩存系統中主要功能模塊的仿真圖形。
關鍵詞：FPGA；高速；數據采集；緩存

0 引言
在高速數據采集方面，FPGA有單片機和DSP無法比擬的優勢。FPGA的時鐘頻率高．內部時延小，全部控制邏輯都可由硬件完成，而且速度
快，組成形式靈活，并可以集成外圍控制、譯碼和接口電路。更最主要的是，FPGA可以采用IP內核技術，以通過繼承、共享或購買所需的知識產權內核提高其開發進度。而利用EDA工具進行設計、綜合和驗證，則可加速設計過程，降低開發風險，縮短了開發周期。效率高而且更能適應市場。本數據采集系統就是基于FPGA技術設計的多路模擬量、數字量采集與處理系統。FPGA的10端口多，且可以自由編程、支配、定義其功能，同時配以verilogHDL語言以及芯片自帶的可定制模塊，即可進行軟件設計。FPGA的最大優點是可在線編程。此外，基于FPGA設計的數據采集器還可以方便地進行遠程功能擴展，以適應不同應用場合的需要。

1 系統基本構架
本文所設計的高速數據采集系統是某雷達信號處理系統的一部分，可用于雷達信號的預處理以及采集、緩存。本系統以高速FPCA為核心邏輯控制模塊，并與高速ADC和DSP相連接。其系統基本架構如圖1所示。

圖l中的FPGA可用作數字接收機的預處理模塊，該器件集成有PPL倍頻、ADC控制接口、FIFO及其管理、SPI接口、DSP總線接口、狀態和自
檢模塊等。FPGA的內部結構功能框圖如圖2所示。

圖2中的中斷產生模塊用于產生周期性中斷，利用視頻包絡和100 MHz時鐘可形成50 MHz的DMA同步傳送時鐘，然后通過外部口DMA方式將
采樣數據傳送到DSP。ADC控制串行接口為通用三線串口，SPI總線接口實際上是一個串并轉換器，可用于控制本振。本系統的DSP數據總線為
64位寬度，地址為32位。
由于雷達信號接收機中的信號處理量大，信號復雜，因此，通過基于高速大容量FPGA芯片的實時數據采集系統可以很好的滿足對信號預處理的需要。