基于PCI Express接口的數據 采集存儲系統設計

0 引言
數據采集與存儲系統是信號與信息處理系統的重要組成部分。隨著雷達對抗技術和軟件無線電技術的發展，很多應用都需要對數據進行高速采集和大容量實時存儲，而目前市場上同時具備上述兩種功能的采集系統還不多見，為此，本文提出了一種基于PCI Express總線接口的、具備可擴展性能、并可大容量存儲數據的采集系統。該系統的最高采樣速率可達80 MHz，利用計算機并通過PCI Express總線和采集卡、Raid磁盤陣列相連后，便可通過主機軟件界面實現對硬件設備的控制。

1 系統結構
方案總體上分為三個部分：高速信號采集卡、主機、Raid磁盤陣列，他們之間可通過PCIExpress總線連接。其系統結構如圖1所示。

本系統的高速信號采集卡主要由信號調制電路、數據采集模塊、采集時鐘控制模塊、數據緩存和邏輯控制模塊、PCI Express總線接口控制等部分組成。其中邏輯控制模塊負責接收來自PCIExpress接口的主機控制信息以及采樣時鐘頻率的控制信號，并向系統的其它部分發送相關的控制命令。在進行數據采集時，A／D轉換芯片的輸出在經過信號處理后，可在數據緩存模塊的控制下存入FPGA內部FIFO中；然后再通過PCI Express總線通過主機內存轉存到Raid磁盤陣列。

2 系統實現
2．1 數據采集
本系統中的數據轉換芯片采用ADI公司生產的AD9430流水型轉換器。它是一種單片低功耗12位高速ADC器件，采用3．3 V單一電源供電，具有最大的高速轉換率(能夠達到210 MSPS)，并在較寬的頻帶范圍內仍然具有較好的動態特性。另外，片內還集成了高性能的采樣保持放大器、參考電壓源和數據時鐘輸出信號。可為系統提供更加簡捷的解決方案。
AD9430有兩種數據輸出接口模式，即3．3VCOMS輸出和LVDS輸出。AD9430正常工作后，每個時鐘周期進行一次A／D轉換，當通過內部緩沖采樣保持器和編碼之后，可將轉換結果鎖存到輸出寄存器。
通常高速數據采集都是建立在高速高精度采樣的基礎之上，而高速采樣必須得到高質量時鐘信號的保障。采樣時鐘發生電路是高速AD采樣的基礎模塊。本系統選用可程控時鐘源SY89429AZC來產生AD9430的采樣時鐘，并通過對SY89429AZC芯片S_CLOCK、S_DATA、S_LOAD三個引腳信號線的控制，來程控輸出40MHz～200MHz精確采樣時鐘。圖2所示是SY89429AZC的三線控制時序圖。