【硕士论文】基于FPGA的高速数据采集存储系统设计.pdf

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1、摘要高速大容量数据采集存储技术在通信、航天、气象、雷达等多个领域中拥有着广泛应用。各领域科技与信息技术不断发展，对数据的采集和传输速率要求越来越高，对数据存储的速度和容量要求也越来越高。高速数据存储主要包括存储介质选取、存储器控制、数据存储和总线应用等，如何实时、高速、连续大量地采集存储数据是一个关键性问题。本文设计了一种基于FPGA控制的高速数据采集存储系统。该系统选用符合ATA．6规范的IDE硬盘作为数据存储介质，采用RAID0配置的磁盘阵列形式，并配合板载的128MB内存实现对数据的高速大容量稳定存储。该磁盘阵

2、列同时管理五个IDE硬盘，平均数据流达到250MB／s，峰值传输速率达到500MB／s，也可以扩展更多硬盘构成大容量的磁盘阵列。系统采用PCI．9054桥芯片与计算机连接，可同时存储四路AD数据，可以通过人机交互界面实时监控数据采集情况，在计算机上实现整个磁盘阵列的实时控制。关键词：FPGAmESDRAMRAIDPCI一9054AbstractDataacquisitionandstoragesystemshaveawiderangeofapplicationsinmanyfieldssuchascommunicat

3、ion，meteorologyandradar．Asthedevelopingofscienceandinformationtechnologyinthesefieldsandtheincreaseoftherateofdataacquisitionandtransmission,datastoragesystemsofhigh-speedandlargecapacityhavebeenincreasinglyfocused．Datastorageinvolveslotsofkeytechnologiessuchas

4、storagemediumcontrolling，computerbusrulinganddriverprogramming，晰廿1manycriticalissuessuchashigh-speed，real-timeandcontinuation．Thispaperintroducesaschemeofhigh-speeddatastoragesystembasedonFieldProgrammableGateArray,FPGA．IDEharddiskswhicharecompatible、^ritllATA一

5、6andRAID0arechoseasthesystemstoragemedium．128MBSDRAMmemoryonboardisalsousedtoforhigh-speed，stabledatastorage．EquippingwithfiveIDEharddisks，thedatastorageaveragerateCanachieveto250MB／s，peakingat500MB／s．ThesystemCanextendthestoragecapacitygreatlybyusingmoreIDEhar

6、ddisks．FourchannelsofADdataCanbestoresimultaneously．BasedontheanalysisofPCI—bridge，PCI一9054，theoperationsoftheentirestoragesystemoncomputerispresented,whichisequippedwithaPCIcard．Keywords：FPGAIDESDRAMRAIDPCI．9054第一章绪论第一章绪论1．1研究背景和意义科技与信息技术不断发展，使得信息采集、传输和存储的速度不断

7、提高，数据存储的容量不断加大。在气象、雷达、天气预报、航天航空、通信等多个领域，要求的数据存储的实时性强，速率高，稳定性好，高速大容量数据存储系统前景广阔。现在的数据存储系统多数还是基于传统Pc结构，这种结构在存储容量扩展性，存储速度，可靠性，容错性方面都有很大不足。对于许多行业，传统的设备已经不能满足需求。而高端领域基于服务器的磁盘阵列等的数据存储，主要应用于电信、金融等民用领域，存储速率虽然较高，价格也是极其高昂的。如今，大规模集成电路和高性能FPGA的飞速发展，为磁盘阵列开发提供了另一种崭新的模式12J。充分利

8、用FPGA编程灵活的特点，使用FPGA实现磁盘协议生成相应IP核，通过P核的调用，可以组成任意的磁盘阵列形式，配合前端的高性能AD器件，可以组成较为完善的数据采集存储系统。新的磁盘阵列RAID模式具有一以下优点：1．扩大了存贮能力，可由多个硬盘组成容量巨大的存贮空间。2．降低了单位容量的成本，市场上最大容量的硬盘每兆容量的价格要大大高于普及型硬