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一種高速數(shù)字信號采集、存儲系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7555407閱讀:157來源:國知局
專利名稱:一種高速數(shù)字信號采集、存儲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),屬于信號采集領(lǐng)域。
背景技術(shù)
大數(shù)據(jù)量的傳輸、采集、存儲一直是數(shù)字信號處理領(lǐng)域的難點?,F(xiàn)有技術(shù)針對數(shù)字信號的采集和存儲往往是分離的,即數(shù)字信號的采集依賴采集卡,存儲主要依賴于PC機或工業(yè)計算機的硬盤。如中國專利視頻圖像采集卡(授權(quán)公告號201114366Y,授權(quán)日期2008.9.10)描述了一種基于視頻的圖像采集卡,其為單板圖像采集卡,并沒有圖像存儲和回放功能,導(dǎo)致采集、存儲方式速度慢,步驟繁瑣,成本高。為解決上述技術(shù)問題,中國專利一種用于CameraLink相機的高速圖像記錄儀(公開號10211160(^,
公開日期2011.6.29)公開了集數(shù)字信號采集、存儲于一體的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括由I塊高速圖像數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)換子板構(gòu)成的高速圖像數(shù)據(jù)接收轉(zhuǎn)換模塊,和由4塊硬盤存儲控制子板構(gòu)成的硬盤存儲控制模塊,該系統(tǒng)替代現(xiàn)有基于PC機的CameraLink圖像數(shù)據(jù)采集卡來獲取并存儲CameraLinkBase型相機和Medium型相機的圖像數(shù)據(jù),并一定程度的提高了數(shù)字信號的采集存儲速度,但是由于其接口形式單一(只有CameraLink接口)、采用分布式硬盤模塊作為存儲單元體積大,且采集、存儲和顯示回放并沒有集成于一塊板塊之上,無法滿足多種高速信號的實時存儲要求,如=Full模式CameraLink信號、高速并行LVDS信號及四路光纖信號的實時存儲要求,也不帶有PCIE總線,不能插入工業(yè)計算機或普通PC機,通過計算機軟件直接調(diào)用、查看、回訪存儲的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中采集、存儲系統(tǒng)無法滿足多種高速信號的實時存儲要求,且接口單一,不能通過計算機軟件直接調(diào)用、查看、回訪存儲數(shù)據(jù)的技術(shù)問題,提供一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),該系統(tǒng)包括:主要由接口板接口及處理單元,接口板FPGA處理單元,接口板緩存單元,接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元組成的高速接口轉(zhuǎn)接板;主要由存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元,存儲卡FPGA處理單元,存儲卡緩存單元,存儲卡陣列存儲單元,存儲卡PCIE總線單元組成的高速采集、存儲卡;所述接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元與所述存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元通過光纖高速通道連接;所述接口板FPGA處理單元接收接口板接口及處理單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲到接口板緩存單元,當(dāng)接口板緩存單元滿時,接口板FPGA處理單元將并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元,并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元將并行數(shù)據(jù)通過光纖高速通道傳輸?shù)酱鎯ü怆娹D(zhuǎn)換單 元,存儲卡FPGA處理單元接收存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲到存儲卡緩存單元和存儲卡陣列存儲單元,存儲卡FPGA處理單元控制存儲卡PCIE總線單元接收PCIE總線上的命令,并根據(jù)命令控制存儲卡陣列存儲單元讀出并行數(shù)據(jù)。優(yōu)選的是,所述接口板接口及處理單元包括接口板CameraLink接口及處理單元、接口板32位LVDS接口及處理單元和接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元。優(yōu)選的是,所述光纖高速通道包括四路光纖和連接器。優(yōu)選的是,所述高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)還包括接口板電源單元和存儲卡電源單元,接口板電源單元為高速接口轉(zhuǎn)換板供電,存儲卡電源單元為高速采集、存儲卡供電。本發(fā)明的有益效果:(I)本發(fā)明的高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)能實現(xiàn)高速數(shù)字信號的實時采集、存儲、回訪,如,可以針對最高速率85M/s的Full模式CameraLink數(shù)字信號,最高速率400M/s的32對并行LVDS數(shù)字信號,或是最高速度為4Gpbs的四路光纖信號進行實時采集、存儲、回訪,單板卡最高存儲速度達到800MB/S,最高儲容量達到8T ;(2)本發(fā)明采用接口板與核心采集、存儲卡相結(jié)合的方式,通過接口板可擴展多種高速數(shù)字接口,克服了現(xiàn)有技術(shù)的采集、存儲系統(tǒng)只能用于單一 CameraLink接口采集的缺陷,具有通用性;(3)本發(fā)明的采集、存儲系統(tǒng)設(shè)計為帶有PCIE總線的形式,方便插入工業(yè)計算機或普通PC機,與計算機保持互交通訊,通過計算機軟件調(diào)用、查看、回訪存儲的數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明的高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框
圖2為本發(fā)明的高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)中的高速接口轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)框圖;圖3為本發(fā)明的高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)中的高速采集、存儲卡結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1-3中的箭頭表示了數(shù)據(jù)的流向。如圖1所示,本發(fā)明包括高速接口轉(zhuǎn)接板1,光纖高速通道2,高速采集、存儲卡3 ;光纖高速通道2連接高速接口轉(zhuǎn)接板I和高速采集、存儲卡3,同時設(shè)置了內(nèi)部高速總線結(jié)構(gòu)及協(xié)議,具體為:四路速率為4Gbps的光線通路,其傳輸協(xié)議為:速率150M/S,數(shù)據(jù)位數(shù)64位,字頭A1+B2+C3,無字尾,接口板緩存單元9滿時提出申請自動發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。如圖2所示,高速接口轉(zhuǎn)換板I包括:接口板接口處理單元,包括接口板CameraLink接口及處理單元5、接口板32位LVDS接口及處理單元6和接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元7,應(yīng)用時,根據(jù)數(shù)據(jù)的不同接相應(yīng)的接口,其中,接口板CameraLink接口及處理單元5,由3片芯片DS90CR287及其附屬電路組成,構(gòu)成對Full模式CameraLink信號的解碼,把標(biāo)準(zhǔn)Full模式CameraLink信號轉(zhuǎn)換為64位并行數(shù)據(jù);接口板32位LVDS接口及處理單元6,由8片芯片SN55LVDS32組成,可將400M/S的32位差分LVDS轉(zhuǎn)換成單端TLL32位并行數(shù)據(jù);接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元7,由四路光電轉(zhuǎn)換模塊、4片TLK2711芯片和時鐘芯片⑶CM61004組成,可將光纖信號轉(zhuǎn)換為64位并行數(shù)據(jù),具體為,光電轉(zhuǎn)換模塊將外部光纖信號轉(zhuǎn)換為高速串行電信號,由TLK2711芯片將高速串行電信號轉(zhuǎn)換為并行信號,其中每片TLK2711支持16位并行信號,四路共64位并行數(shù)據(jù);接口板FPGA處理單元8,由芯片SPARTAN3-500E及其附屬電路組成,接口板FPGA處理單元8是高速接口轉(zhuǎn)接板I的核心處理器,負責(zé)其他功能單元的狀態(tài)初始化和使能控制,負責(zé)接收接口板接口及處理單元的并行數(shù)據(jù)(CameraLink信號轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù),差分LVDS轉(zhuǎn)換成的單端TLL32位并行數(shù)據(jù),光纖信號轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù)),并將并行數(shù)據(jù)寫入接口板緩存單元9,當(dāng)接口板緩存單元9滿時,接口板FPGA處理單元8將緩存的并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元9,并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元10將并行數(shù)據(jù)通過光纖高速通道2傳輸?shù)酱鎯ü怆娹D(zhuǎn)換單元11 ;接口板緩存單元9,由2片芯片IS61LV409608-12T組成,采用乒乓方式緩存接口板FPGA處理單元8所發(fā)送的并行數(shù)據(jù),即當(dāng)?shù)谝黄琁S61LV409608-12T讀入時,另一片IS61LV409608-12T讀出,然后與之相反;接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元10,由4片TLK3101芯片和四路光電轉(zhuǎn)換模塊以及時鐘芯片⑶CM61004組成,負責(zé)將接口板FPGA處理單元8所發(fā)出的150M/S并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光纖信號,傳輸給光纖高速通道2 ;接口板電源單元4,由3片芯片PTH05000W組成,輸出3.3V、2.5V、1.2V電壓,給整個高速接口轉(zhuǎn)接板I供電。如圖3所示,高速采集、存儲卡3包括:存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元11,由4片TLK3101芯片和四路光電轉(zhuǎn)換模塊以及時鐘芯片CDCM61004組成,負責(zé)將光纖高速通道2傳輸?shù)墓饫w信號解碼成并行數(shù)據(jù),并傳輸給存儲卡FPGA處理單元13 ; 存儲卡FPGA處理單元13,由芯片Virtx-5及其附屬電路組成,是主控芯片,負責(zé)控制存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元11工作并通過字頭(A1+B2+C3)接收其傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)緩存到存儲卡緩存單元14,并應(yīng)用FPGA對固態(tài)存儲器的分配算法調(diào)配數(shù)據(jù)寫入存儲卡陣列存儲單元15,存儲卡FPGA處理單元13通過IP內(nèi)核控制存儲卡PCIE總線單元16接收計算機或PC機PCIE總線上的命令,并根據(jù)命令讀出存儲卡陣列存儲單元15內(nèi)的并行數(shù)據(jù)到PC機中;存儲卡陣列存儲單元15,由芯片IDXl 10M01和flash芯片組成,由4塊相同的子電路組成,每塊子電路包括I片IDXl 10M01和8片flash芯片,其通過并行總線與存儲卡FPGA處理單元13連接,通過接收存儲卡FPGA處理單元13的命令完成對并行數(shù)據(jù)的寫入、讀出功能;存儲卡PCIE總線單元16,通過FPGA內(nèi)核實現(xiàn)計算機或PC機與高速采集、存儲卡3的數(shù)據(jù)交互;存儲卡電源單元12,由3片芯片PTH05000W組成,輸入為PCIE插槽內(nèi)的5V電壓,輸出3.3V、2.5VU.2V電壓,給整個高速采集、存儲卡3供電。本實施方式的高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng)的工作過程為:接口板CameraLink接口及處理單元5、接口板32位LVDS接口及處理單元6,接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元7分別將CameraLink信號轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù),差分LVDS轉(zhuǎn)換成的單端TLL32位并行數(shù)據(jù),光纖信號轉(zhuǎn)換成的64位并行數(shù)據(jù);接口板FPGA處理單元8接收并行數(shù)據(jù),并將并行數(shù)據(jù)緩存到接口板緩存單元9,當(dāng)接口板緩存單元9滿時,接口板FPGA處理單元8將并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元9,并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元10將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光纖信號并通過光纖高速通道2傳輸?shù)酱鎯ü怆娹D(zhuǎn)換單元11,存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元11將光纖信號轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù),存儲卡FPGA處理單元13接收存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元11傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并緩存到存儲卡緩存單元14,存儲卡FPGA處理單元13應(yīng)用FPGA對固態(tài)存儲器的分配算法調(diào)配并行數(shù)據(jù)存儲到存儲卡陣列存儲單元15,并通過IP內(nèi)核控制存儲卡PCIE總線單元16接收工業(yè)計算機或PC機PCIE總線上的命令,存儲卡FPGA處理單元13根據(jù)命令讀出存儲卡陣列 存儲單元15內(nèi)的并行數(shù)據(jù)到PC機中。
權(quán)利要求
1.一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),其特征在于,該系統(tǒng)包括: 主要由接口板接口及處理單元,接口板FPGA處理單元,接口板緩存單元,接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元組成的高速接口轉(zhuǎn)接板; 主要由存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元,存儲卡FPGA處理單元,存儲卡緩存單元,存儲卡陣列存儲單元,存儲卡PCIE總線單元組成的高速采集、存儲卡; 所述高速接口轉(zhuǎn)接板與所述高速采集、存儲卡通過光纖高速通道連接; 所述接口板FPGA處理單元接收接口板接口及處理單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲到接口板緩存單元,當(dāng)接口板緩存單元滿時,接口板FPGA處理單元將并行數(shù)據(jù)讀出接口板緩存單元,并控制接口板內(nèi)部光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元將并行數(shù)據(jù)通過光纖高速通道傳輸?shù)酱鎯ü怆娹D(zhuǎn)換單元,存儲卡FPGA處理單元接收存儲卡光電轉(zhuǎn)換單元傳輸?shù)牟⑿袛?shù)據(jù)并存儲到存儲卡緩存單元和存儲卡陣列存儲單元,存儲卡FPGA處理單元控制存儲卡PCIE總線單兀接收PCIE總線上的命令,并根據(jù)命令控制存儲卡陣列存儲單兀讀出并彳了數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要I所述的一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),其特征在于,所述接口板接口及處理單元包括接口板Camera Link接口及處理單元、接口板32位LVDS接口及處理單元和接口板四路光纖接口及光電轉(zhuǎn)換單元。
3.根據(jù)權(quán)利要I所述的一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),其特征在于,所述光纖高速通道包括四路光纖和連接器。
4.根據(jù)權(quán)利要I所述的一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),其特征在于,還包括接口板電源單元和存儲卡電源單元,接口板電源單元為高速接口轉(zhuǎn)換板供電,存儲卡電源單元為高速采集、存儲卡供電。
全文摘要
一種高速數(shù)字信號的采集、存儲系統(tǒng),屬于信號采集技術(shù)領(lǐng)域,解決了現(xiàn)有技術(shù)中采集、存儲系統(tǒng)無法滿足多種高速信號的實時存儲要求,且接口單一,不能通過計算機軟件直接調(diào)用、查看、回訪存儲的數(shù)據(jù)的技術(shù)問題。本發(fā)明的系統(tǒng)包括高速接口轉(zhuǎn)接板,高速采集、存儲卡,連接高速接口轉(zhuǎn)接板和高速采集、存儲卡的光纖高速通道。本發(fā)明的系統(tǒng)可以針對Full模式Camera Link數(shù)字信號,并行LVDS數(shù)字信號,或四路光纖信號進行實時采集、存儲,最高存儲速度達到800MB/s;同時采集、存儲部分設(shè)計為帶有PCIE總線的形式,方便插入工業(yè)計算機或普通PC機,通過計算機軟件可調(diào)用、查看、回訪存儲的數(shù)據(jù)。
文檔編號H04N5/775GK103246754SQ20131014048
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者張岳, 吳慶林, 陰玉梅, 喬兵 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
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